[发明专利]固态谐振陀螺自校准方法及系统

权利要求书

1.一种固态谐振陀螺自校准方法，其特征在于，所述方法通过外部馈入激励信号，在激励信号的条件下对陀螺仪谐振子进行进动转位，实现漂移误差和角速率之间的分离；实时采集陀螺仪内部关键监测点在不同工作模式下的输出信号，根据激励信号和采集的输出信号进行自校准算法的计算和处理从而校准陀螺仪的重复性误差；

所述激励信号包括第一激励信号和第二激励信号；所述第一激励信号和所述第二激励信号分别与解调后的主模态检测信号D_-x和次模态检测信号D_+y结合，实现馈入；

陀螺仪内部关键监测点包括波腹控制器的输出点和波节控制器的输出点；在波腹控制器的输出点和波节控制器的输出点分别设置状态观测器，通过状态观测器输出陀螺仪在第一工作模式和第二工作模式的稳态信号；

第一工作模式为陀螺仪的波腹轴为X轴，波节轴为Y轴，进动角度参数θ＝0°；第二工作模式为陀螺仪的波腹轴为Y轴，波节轴为X轴，进动角度参数θ＝90°。

2.根据权利要求1所述的固态谐振陀螺自校准方法，其特征在于，稳态信号的内容包括：维持波腹轴振动幅度的力、输入角速率引起的哥氏力、外部馈入激励产生的进动哥氏力和阻尼失衡引起的简谐力。

3.根据权利要求1-2任一所述的固态谐振陀螺自校准方法，其特征在于，所述校准方法的具体步骤包括：

S1、陀螺仪在第一工作模式下进行标度因子校准，根据外部馈入的已知激励信号得到第一位置标度因子自校准后的残差值δSF_p1；

S2、状态观测器输出第一工作模式下的稳态信号和

S3、陀螺仪以自由进动的方式由第一工作模式转换到第二工作模式；

S4、陀螺仪在第二工作模式下进行标度因子校准，根据外部馈入的已知激励信号得到第二位置标度因子自校准后的残差值δSF_p2；

S5、状态观测器输出第二工作模式下的稳态信号和

S6、根据步骤S1、S2以及S4、S5的结果，分离零偏误差和输入角速率，从而实现陀螺仪的自校准；

其中，输入角速率的计算公式为：

零偏误差的计算公式为：

SF_p1与SF_p2分别是第一工作模式与第二工作模式的标度因子。

4.根据权利要求1所述的固态谐振陀螺自校准方法，其特征在于，θ＝2λ，λ是波腹轴相对初始位置的进动角度。

5.根据权利要求3所述的固态谐振陀螺自校准方法，其特征在于，步骤S3自由进动的过程包括：收到进动指令后，陀螺仪的波腹轴与波节轴按照预设的固定进动角速率进动，直到θ＝90°。

6.根据权利要求3所述的固态谐振陀螺自校准方法，其特征在于，在步骤S5完成后，波腹轴复位，校准结束，波腹轴复位过程与步骤S6的计算过程互不干扰，执行顺序不分先后。

7.一种随钻测量系统，所述系统包括捷联惯导系统，所述捷联惯导系统包括若干陀螺仪、若干加速度计；其特征在于，所述捷联惯导系统采用权利要求1-6任一所述的自校准方法进行陀螺仪的零偏自校准，提高定向钻进的随钻测量的精度。

8.根据权利要求7所述的随钻测量系统，其特征在于，所述随钻测量系统判断钻铤是否处于静止状态，若处于静止状态，所述随钻测量系统向陀螺仪的MCU模块发送自校准命令开始进行自校准。

9.根据权利要求8所述的随钻测量系统，其特征在于，判断钻铤是否处于静止状态的具体内容为第一判断方式和第二判断方式中的任意一种或两种；

所述第一判断方式具体为：判断敏感速度观测量和/或敏感角速率观测量是否小于判定阈值，若是，则判定钻铤处于静止状态，否则钻铤不处于静止状态；

所述第二判断方式具体为：判断外部泥浆的扰动量和/或振动传感器感应到的振动量是否小于设定的阈值；若是，则判定钻铤处于静止状态，否则钻铤不处于静止状态。