CN117949011A - 一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，属于惯性测量技术领域，基于X、Y通道增益不对称引起的角速率误差与角速率、通道增益不对称误差正相关，利用外部角速率输入对半球谐振陀螺X、Y通道增益不对称误差进行激励与辨识。本发明达到采样增益不对称误差实时估计与补偿，进一步提升了陀螺信号解算与全角控制精度。
Description
技术领域
本发明属于惯性测量技术领域，涉及到利用外部角速率输入对半球谐振陀螺通道增益不对称误差进行激励，实现半球谐振陀螺路增益不对称误差辨识，提高半球谐振陀螺全角工作模式下的信号解算、控制精度。该方法是依据半球谐振陀螺角速率输出受采样增益不对称影响，且与输入角速率成正相关特性，通过输入不同角速率对采样增益不对称误差进行激励与辨识，达到采样增益不对称误差实时估计与补偿，进一步提升陀螺信号解算与全角控制精度的目的具体涉及半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法。
背景技术
在现代化战争中，要求新一代武器装备具备精确打击、快速反应、强抗干扰能力。陀螺仪器是惯性导航***的核心器件，是提高武器***的战场应变能力、生存能力和协同作战等能力的关键技术。
速率积分半球谐振陀螺是利用半球谐振子振动驻波沿环向的进动来敏感基座角运动的固体波动陀螺。其采用谐振子和平板电极“两件套”结构，具备高精度的同时，结构更加简单，更适合低成本大批量生产，可直接测量载体转动角度，且谐振子的驻波进动系数仅由谐振子结构决定，标度因数稳定性极好，具备高精度、抗辐照、低功耗、小体积、高可靠性、寿命长且全寿命免维护的独特优点，满足新一代武器装备的发展需求。
半球谐振陀螺的信号检测是通过敏感谐振子唇缘与平板电极间的距离变化产生的电流信号完成的。对谐振子上间隔45度位置的信号进行采集并采用传统的IQ解调算法即可实现振动信号幅值、正交幅值、振动相位等信息的提取。将电极上间隔45度位置的分别定义为X通道、Y通道。由于装配过程中不可避免的存在误差，导致陀螺表头与电极间的电容间隙存在不一致，进而导致X、Y通道电极敏感到的振动信号存在增益误差。同时由于谐振子振动幅值较小，一般为几十微米，平板电极产生的电流信号极为微弱且易受到噪声影响，需要经过信号调理电路与放大电路对信号进行处理。但信号调理电路中电容、电阻、运放、开关等电子元器件性能差异同样会导致X、Y通道增益不对称。当相同的信号经过两通道时，X、Y通道增益不对称会导致采样得到的信号幅值会存在差异。这一差异会导致振动信号通过IQ解调得到的信息存在误差，该误差会通过稳幅、正交、频率跟踪等控制回路进一步反馈给谐振子，从而引起陀螺输出误差。
发明内容
针对相同的信号经过两通道时，X、Y通道增益不对称会导致采样得到的信号幅值会存在差异，引起陀螺输出误差的问题，本发明目的是提出一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，达到提升陀螺信号解算与全角控制精度的目的。
为实现本发明目的，本发明采取技术方案如下：
一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，基于X、Y通道增益不对称引起的角速率误差与角速率、通道增益不对称误差正相关，利用外部角速率输入对半球谐振陀螺X、Y通道增益不对称误差进行激励与辨识。
进一步的，将半球谐振陀螺安装在高精度速率转台上，分别在不同转速下对半球谐振陀螺输出角速率，确保半球谐振陀螺驻波方位角遍历谐振子一周。
进一步的，对半球谐振陀螺输出角速率和驻波方位角进行采样，采用最小二乘法对通道增益不对称误差Δk进行辨识。
进一步的，将辨识得到的通道增益不对称误差Δk乘以采样信号实现通道增益不对称误差的补偿。
本发明的有益效果是，依据半球谐振陀螺角速率输出受采样增益不对称影响，且与输入角速率成正相关特性，通过输入不同角速率对采样增益不对称误差进行激励与辨识，该算法原理简单且易于实现，可以实现采样增益不对称误差的精确估计与补偿，提高半球谐振陀螺信号解算与全角控制精度。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心是依据依据半球谐振陀螺角速率输出受采样增益不对称影响，且与输入角速率成正相关特性，设计不同角速率输入方法对X/Y通道增益不对称误差进行激励与辨识。
具体包括如下步骤:
步骤1.确定增益不对称误差与输入角速率关系
理想条件下，X、Y通道采样信号为：
式中，a表示波腹处振动幅值，q表示波节处振动幅值，ω表示谐振子谐振频率，θ表示驻波方位角。当X、Y通道增益存在不对称且以X通道增益作为基准，可得X、Y通道增益为kx＝1、ky＝1+Δk，X、Y通道采样信号为：
在稳幅控制与正交控制回路作用下，幅值a为常值，正交幅值q约为0。因此，可对上式直接进行三角函数计算并求导提取角速率，可得：
上式中θ′为存在通道增益误差时的解调驻波方位角，对其求导可得：
由于Δk为小量，因此可忽略二阶小项，可得：
对上式展开：
由于驻波方位角解调周期较短，θ′与θ差异较小，因此上式可近似为：
由上式可知，X、Y通道增益不对称引起的角速率误差与角速率、通道增益不对称误差正相关，且成4倍方位角正弦特性。
步骤2.利用外部角速率输入对半球谐振陀螺通道增益不对称误差进行激励与辨识。
依据上述在通道增益不对称误差影响下半球谐振陀螺角速率误差特性，通过外部输入不同角速率对通道增益不对称误差进行激励与辨识。具体实现方法如下：
步骤2.1.对半球谐振陀螺施加不同角速率进行激励
首先将半球谐振陀螺安装在高精度速率转台上，分别在不同转速下对半球谐振陀螺输出角速率进行观测，同时为保证误差激励更加充分，需确保半球谐振陀螺驻波方位角遍历谐振子一周。在不同角速率激励下可得到参考角速率半球谐振陀螺输出角速率/>以及半球谐振陀螺驻波方位角θi′(i＝ω1、ω2、...ωn)。
步骤2.2.对半球谐振陀螺输出角速率和驻波方位角进行采样
通过对半球谐振陀螺输出角速率和驻波方位角进行采样，并写成矩阵形式可得：
步骤2.3.对通道增益不对称误差Δk进行辨识
对上式采用最小二乘法即可对通道增益不对称误差Δk进行辨识。可得：
步骤2.4.对通道增益不对称误差进行补偿
将辨识得到的通道增益不对称误差Δk直接乘以采样信号即可实现通道增益不对称误差的补偿。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，其特征在于，
基于X、Y通道增益不对称引起的角速率误差与角速率、通道增益不对称误差正相关，利用外部角速率输入对半球谐振陀螺X、Y通道增益不对称误差进行激励与辨识。
2.一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，其特征在于，X、Y通道增益不对称引起的角速率误差与角速率、通道增益不对称误差关系如下：
其中，θ表示驻波方位角，θ′为存在通道增益误差时的解调驻波方位角，Δk为通道增益不对称误差。
3.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，其特征在于，将半球谐振陀螺安装在高精度速率转台上，分别在不同转速下对半球谐振陀螺输出角速率，确保半球谐振陀螺驻波方位角遍历谐振子一周。
4.根据权利要求1所述的一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，其特征在于，对半球谐振陀螺输出角速率和驻波方位角进行采样，采用最小二乘法对通道增益不对称误差Δk进行辨识。
5.根据权利要求4所述的一种半球谐振陀螺采样增益不对称标定方法，其特征在于，将辨识得到的通道增益不对称误差Δk乘以采样信号实现通道增益不对称误差的补偿。
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