CN116481563A - 一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请属于陀螺仪技术领域，涉及一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法和装置。方法包括：获取两个原始载波信号，并根据其旋转叠加角，得到两路调制载波信号；将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到振动信号的原始表示；根据陀螺仪的振动方程、原始载波信号、调制载波信号以及振动信号的原始表示，对振动信号进行解调，得到参考变量；根据参考变量构建控制变量，并根据控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，得到陀螺仪的输出角度。本方法实现了速率积分模式下陀螺角度的跟踪检测，能够兼容速率陀螺和速率积分陀螺的优点。

Description

一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法和装置

技术领域

本申请涉及陀螺仪技术领域，特别是涉及一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法和装置。

背景技术

陀螺仪是一种测量角度或角速度的重要惯性传感器，是运动控制、姿态监测、导航制导等领域的核心器件，其性能直接决定了惯性导航与姿态控制***的精度，在工业和国防应用领域中具有重要的作用。

其中，基于哥氏力效应的振动式陀螺主要包括速率陀螺和速率积分陀螺。

速率陀螺是测量角速度的陀螺，通过力平衡控制后，具有测量精度高、噪声小等优点，但是其带宽、测量范围、标度因数稳定性难以达到较高水平。

速率积分陀螺是直接输出角度的陀螺，其具有带宽高、量程大、标度因数稳定性好等优点，但其测量精度、噪声性能难以达到速率陀螺的水平。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法和装置，实现了速率积分模式下陀螺角度的跟踪检测，能够兼容速率陀螺和速率积分陀螺的优点。

一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，包括：

获取两个原始载波信号，并根据所述原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号；

将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到所述振动信号的原始表示；

根据陀螺仪的振动方程、所述原始载波信号、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，对所述振动信号进行解调，得到参考变量；

根据所述参考变量构建控制变量，并根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态；

根据所述控制变量，控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，使得检测轴虚拟旋转角实时跟踪陀螺振型角，得到陀螺仪的输出角度。

在一个实施例中，根据陀螺仪的振动方程、所述原始载波信号、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，对所述振动信号进行解调，得到参考变量包括：

将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程，并得到所述振动方程的通解；

根据所述振动方程的通解、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，得到所述振动信号的解调表示；

根据所述振动信号的解调表示以及所述原始载波信号，对所述振动信号进行解调，得到参考变量。

在一个实施例中，获取两个原始载波信号包括：

获取两个频率不同但幅值相同的正弦信号或方波信号，作为原始载波信号。

在一个实施例中，获取两个原始载波信号，并根据所述原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号，包括：

式中，E₁和E₂为两路调制载波信号，E_a和E_b为两个原始载波信号，ε为原始载波信号的旋转叠加角。

在一个实施例中，将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到所述振动信号的原始表示，包括：

式中，V为振动信号的原始表示。

在一个实施例中，将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程，并得到所述振动方程的通解，包括：

将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程：

得到所述振动方程的通解：

式中，x为陀螺仪的谐振子在x方向的位移，y为陀螺仪的谐振子在y方向的位移，ω为陀螺仪的谐振子的谐振频率，t为时间，a为陀螺仪椭圆轨迹的长轴，θ为陀螺仪椭圆轨迹相对于坐标系的夹角，为陀螺仪的谐振子沿椭圆轨迹运动的相位，q为陀螺仪椭圆轨迹的短轴。

在一个实施例中，根据所述振动方程的通解、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，得到所述振动信号的解调表示，包括：

式中，V′为振动信号的解调表示。

在一个实施例中，根据所述振动信号的解调表示以及所述原始载波信号，对所述振动信号进行解调，得到参考变量，包括：

式中，c_x、s_x、c_y、s_y为参考变量，φ为参考相位。

在一个实施例中，根据所述参考变量构建控制变量，并根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态，包括：

E＝c_x ²+s_x ²+c_y ²+s_y ²

Q＝2(c_xs_y-c_ys_x)

L＝2(c_xs_x+c_ys_y)

式中，E、Q、L为控制变量。

根据所述控制变量，控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，使得检测轴虚拟旋转角实时跟踪陀螺振型角，得到陀螺仪的输出角度包括：

根据控制变量E、Q、L，控制载波旋转叠加角ε跟踪θ，使参考变量c_y为0，此时陀螺仪的输出角度为ε。

一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控装置，包括：

陀螺结构，用于利用哥氏进动效应敏感外部角速度输入，在陀螺***正常工作时被激励在谐振状态，并将角速度输入转化输出为可以检测的振动信号；

检测轴虚拟旋转模块，用于获取两个原始载波信号，并根据所述原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号；

信号采集模块，用于将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到所述振动信号的原始表示；

信号解调模块，用于根据陀螺仪的振动方程、所述原始载波信号、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，对所述振动信号进行解调，得到参考变量；

振动控制模块，用于根据所述参考变量构建控制变量，并根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态；

检测轴虚拟旋转跟踪模块，用于根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，得到陀螺仪的输出角度；

其中，所述陀螺结构的一端与信号采集模块的一端相连，另一端与检测轴虚拟旋转模块的一端相连；所述信号采集模块的另一端依次通过所述信号解调模块以及所述振动控制模块与所述陀螺结构的另一端相连；所述信号解调模块的另一端还通过所述检测轴虚拟旋转跟踪模块与所述检测轴虚拟旋转模块的另一端相连。

上述基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法和装置，通过施加旋转叠加的两路载波来实现检测轴的虚拟旋转，并让它实时跟踪陀螺振型角，此时陀螺输出的角度就是检测轴的虚拟旋转角，实现了速率积分模式下陀螺角度的跟踪检测。该方法具有速率积分陀螺带宽高、测量范围大、标度因数稳定性好的优点，又通过检测轴跟踪的闭环控制，减小了陀螺的噪声、提高了测量精度，兼容了速率陀螺与速率积分陀螺的优点。

附图说明

图1为一个实施例中基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法的流程示意图；

图2为一个实施例中检测轴跟踪模式的物理原理示意图；

图3为一个实施例中陀螺振动的椭圆轨迹示意图；

图4为一个实施例中检测轴跟踪模式示意图；

图5为一个实施例中基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提供了一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，如图1所示，在一个实施例中，包括：

步骤102，获取两个原始载波信号，并根据原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号。

具体地：

获取两个频率不同但幅值相同的正弦信号或方波信号，作为原始载波信号。需要说明，两个原始载波信号的频率相差较大且数值都远高于陀螺的工作频率，例如，E_a＝500K＝0.5MHz，E_b＝1000K＝1MHz，陀螺仪的谐振频率为8000Hz。

根据原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号：

式中，E₁和E₂为两路调制载波信号，E_a和E_b为两个原始载波信号，ε为原始载波信号的旋转叠加角，也就是载波旋转叠加角。

本步骤中，陀螺的检测信号通过在正交轴x，y上分别施加两路载波信号E₁、E₂进行调制。

步骤104，将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到振动信号的原始表示。

具体地：

采集陀螺仪的振动信号，包含陀螺两个正交轴振动信号的叠加：

式中，V为振动信号的原始表示。

步骤106，根据陀螺仪的振动方程、原始载波信号、调制载波信号以及振动信号的原始表示，对振动信号进行解调，得到参考变量。

具体地：

将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程，并得到振动方程的通解；根据振动方程的通解、调制载波信号以及振动信号的原始表示，得到振动信号的解调表示；根据振动信号的解调表示以及原始载波信号，对振动信号进行解调，得到参考变量。

更具体地：

将陀螺仪抽象为二阶谐振***，忽略刚度和阻尼不均匀，在不施加外部控制力的情况下，建立陀螺仪的振动方程：

得到振动方程的通解表示：

式中，x为陀螺仪的谐振子在x方向的位移，y为陀螺仪的谐振子在y方向的位移，ω为陀螺仪的谐振子的谐振频率(两个方向是对称的，谐振频率一致)，t为时间，a为陀螺仪椭圆轨迹的长轴，θ为陀螺仪椭圆轨迹的长轴相对于坐标系的夹角，即陀螺振型角，为陀螺仪的谐振子沿椭圆轨迹运动的相位，也就是检测到的位移的相位，q为陀螺仪椭圆轨迹的短轴。

根据振动方程的通解、调制载波信号以及振动信号的原始表示，将式(1)和式(3)代入到式(2)中，得到振动信号的解调表示：

式中，V′为振动信号的解调表示。

根据振动信号的解调表示、原始载波信号以及陀螺仪谐振信号的同相参考信号(与陀螺仪振动起来的正弦信号同相的信号)、正交参考信号(与陀螺仪振动起来的正弦信号正交的信号)进行解调，对振动信号进行解调，得到参考变量：

式中，c_x、s_x、c_y、s_y为参考变量，φ为参考相位，即驱动相位。

步骤108，根据参考变量构建控制变量，并根据控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态。

具体地：

E＝c_x ²+s_x ²+c_y ²+s_y ²

Q＝2(c_xs_y-c_ys_x)

L＝2(c_xs_x+c_ys_y)

式中，E、Q、L为控制变量。

本步骤中，进行振动控制，控制陀螺仪在正常谐振状态，包括：能量控制回路利用控制器控制驱动信号的幅值，将E控制在恒值，确保陀螺以恒定幅值振动；正交控制回路利用控制器控制正交力，将Q抑制为0，确保陀螺的振动轨迹为直线；谐振控制回路利用控制器将L控制为0，确保陀螺在谐振状态。

步骤110，根据控制变量，控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，使得检测轴虚拟旋转角实时跟踪陀螺振型角，得到陀螺仪的输出角度。

具体地：

根据控制变量E、Q、L，利用控制器控制检测轴虚拟旋转角ε的大小，也就是控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角ε跟踪θ，使参考变量cy为0，此时ε＝θ，也就实现了检测轴实时与陀螺的振型角θ重合，检测轴虚拟旋转角ε就是陀螺仪的输出角度。

需要说明：ε，既代表载波旋转叠加角，又代表检测轴虚拟旋转角，对方法来说是通过载波的旋转叠加实现的，对效果来说是实现了检测轴的虚拟旋转。

在本实施例中，如图2所示，检测轴跟踪模式利用陀螺振动时的进动效应来检测输入角度。谐振结构的振型是模态X和模态Y两个模态的合成。初始时刻振型处于起点位置，振型的位置保持不变。当陀螺旋转的时候，在哥氏力的作用下振型相对壳体会产生进动。当壳体逆时针绕中心轴旋转角度时，振型则相对谐振结构旋转角度θ，进动角θ的大小与输入角度大小/>成正比，且有/>(κ为比例系数，且κ<1)。

将该陀螺***抽象为二阶谐振***，建立陀螺的振动方程，其通解是静态的椭圆轨迹，如图3所示。F_a和F_q为驱动力，

普通速率积分模式通过测量长轴幅值的比值(长轴在x和y这两个轴的幅值分量之比)来得到tanθ的值，以此解算θ角。因此，长轴在x和y这两个轴的幅值分量的测量噪声将直接影响陀螺输出角度噪声。

本申请中，如图4所示，F_a和F_q为驱动力，x′和y′为虚拟检测轴(载波叠加以后，产生虚拟的检测轴，用来跟踪θ，角度输出的不再通过幅值的比值计算，而是载波的旋转叠加角)，通过控制检测轴的虚拟旋转角ε来跟踪θ角，使c_y为0，即ε＝θ，此时陀螺输出的就是ε。

正常工作时：

式中，a_x为长轴在x方向上的分量，a_y为长轴在y方向上的分量，通过测量***测量计算得到，其噪声水平依赖于测量噪声。但由于无论a的测量噪声有多大，只有满足跟踪条件ε＝θ时，c_y才为0，也就是虚拟旋转跟踪模块中控制器的误差输入才为0，因此测量噪声对角度输出噪声不敏感。

上述基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，通过在陀螺仪的两个正交轴上施加两路旋转叠加的载波信号(即：两路不同载波信号的旋转叠加)进行调制解调来实现检测轴的虚拟旋转，并让它实时跟踪陀螺振型角，通过控制器控制两路载波信号的旋转叠加角ε，使ε＝θ，即c_y为0，此时陀螺输出的角度就是检测轴的虚拟旋转角，实现了速率积分模式下陀螺角度的闭环跟踪检测。该方法具有速率积分模式陀螺带宽高、测量范围大、标度因数稳定性好的优点，又通过检测轴跟踪的闭环控制，实现了检测轴的虚拟旋转和跟踪，减小了陀螺的噪声、提高了测量精度，兼容了速率陀螺与速率积分陀螺的优点。

应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本申请还提供了一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控装置，如图5所示，在一个实施例中，包括：陀螺结构、检测轴虚拟旋转模块、信号采集模块、信号解调模块、振动控制模块以及检测轴虚拟旋转跟踪模块，其中：

陀螺结构，用于利用哥氏进动效应敏感外部角速度输入，在陀螺***正常工作时被激励在谐振状态，并将角速度输入转化输出为可以检测的振动信号；

检测轴虚拟旋转模块，用于获取两个原始载波信号，并根据原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号；

信号采集模块，用于将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到振动信号的原始表示；

信号解调模块，用于根据陀螺仪的振动方程、原始载波信号、调制载波信号以及振动信号的原始表示，对振动信号进行解调，得到参考变量；

振动控制模块，用于根据参考变量构建控制变量，并根据控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态；

检测轴虚拟旋转跟踪模块，用于根据控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，得到陀螺仪的输出角度；

其中，陀螺结构的一端与信号采集模块的一端相连，另一端与检测轴虚拟旋转模块的一端相连；信号采集模块的另一端依次通过信号解调模块以及振动控制模块与陀螺结构的另一端相连；信号解调模块的另一端还通过检测轴虚拟旋转跟踪模块与检测轴虚拟旋转模块的另一端相连。

关于基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控装置的具体限定可以参见上文中对于基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法的限定，在此不再赘述。上述装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，包括：

获取两个原始载波信号，并根据所述原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号；

将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到所述振动信号的原始表示；

根据陀螺仪的振动方程、所述原始载波信号、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，对所述振动信号进行解调，得到参考变量；

根据所述参考变量构建控制变量，并根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态；

根据所述控制变量，控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，使得检测轴虚拟旋转角实时跟踪陀螺振型角，得到陀螺仪的输出角度。

2.根据权利要求1所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，根据陀螺仪的振动方程、所述原始载波信号、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，对所述振动信号进行解调，得到参考变量包括：

将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程，并得到所述振动方程的通解；

根据所述振动方程的通解、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，得到所述振动信号的解调表示；

根据所述振动信号的解调表示以及所述原始载波信号，对所述振动信号进行解调，得到参考变量。

3.根据权利要求2所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，获取两个原始载波信号包括：

获取两个频率不同但幅值相同的正弦信号或方波信号，作为原始载波信号。

4.根据权利要求2或3所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，获取两个原始载波信号，并根据所述原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号，包括：

式中，E₁和E₂为两路调制载波信号，E_a和E_b为两个原始载波信号，ε为原始载波信号的旋转叠加角。

5.根据权利要求4所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到所述振动信号的原始表示，包括：

式中，V为振动信号的原始表示。

6.根据权利要求5所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程，并得到所述振动方程的通解，包括：

将陀螺仪抽象为二阶谐振***，建立陀螺仪的振动方程：

得到所述振动方程的通解：

式中，x为陀螺仪的谐振子在x方向的位移，y为陀螺仪的谐振子在y方向的位移，ω为陀螺仪的谐振子的谐振频率，t为时间，a为陀螺仪椭圆轨迹的长轴，θ为陀螺仪椭圆轨迹相对于坐标系的夹角，为陀螺仪的谐振子沿椭圆轨迹运动的相位，q为陀螺仪椭圆轨迹的短轴。

7.根据权利要求6所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，根据所述振动方程的通解、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，得到所述振动信号的解调表示，包括：

式中，V′为振动信号的解调表示。

8.根据权利要求7所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，根据所述振动信号的解调表示以及所述原始载波信号，对所述振动信号进行解调，得到参考变量，包括：

式中，c_x、s_x、c_y、s_y为参考变量，φ为参考相位。

9.根据权利要求8所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，根据所述参考变量构建控制变量，并根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态，包括：

E＝c_x ²+s_x ²+c_y ²+s_y ²

Q＝2(c_xs_y-c_ys_x)

L＝2(c_xs_x+c_ys_y)

式中，E、Q、L为控制变量。

10.根据权利要求8所述的基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控方法，其特征在于，根据所述控制变量，控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，使得检测轴虚拟旋转角实时跟踪陀螺振型角，得到陀螺仪的输出角度，包括：

根据控制变量E、Q、L，控制载波旋转叠加角ε跟踪θ，使参考变量c_y为0，此时陀螺仪的输出角度为ε。

11.一种基于检测轴虚拟旋转的速率积分陀螺测控装置，其特征在于，包括：

陀螺结构，用于利用哥氏进动效应敏感外部角速度输入，在陀螺***正常工作时被激励在谐振状态，并将角速度输入转化输出为可以检测的振动信号；

检测轴虚拟旋转模块，用于获取两个原始载波信号，并根据所述原始载波信号的旋转叠加角，得到两路调制载波信号；

信号采集模块，用于将两路调制载波信号分别施加在陀螺仪的两个正交轴上，并采集陀螺仪的振动信号，得到所述振动信号的原始表示；

信号解调模块，用于根据陀螺仪的振动方程、所述原始载波信号、所述调制载波信号以及所述振动信号的原始表示，对所述振动信号进行解调，得到参考变量；

振动控制模块，用于根据所述参考变量构建控制变量，并根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态；

检测轴虚拟旋转跟踪模块，用于根据所述控制变量控制陀螺仪在正常谐振状态下的载波旋转叠加角，得到陀螺仪的输出角度；

其中，所述陀螺结构的一端与信号采集模块的一端相连，另一端与检测轴虚拟旋转模块的一端相连；所述信号采集模块的另一端依次通过所述信号解调模块以及所述振动控制模块与所述陀螺结构的另一端相连；所述信号解调模块的另一端还通过所述检测轴虚拟旋转跟踪模块与所述检测轴虚拟旋转模块的另一端相连。