一种半球谐振陀螺电极装配误差标定方法

技术领域

本发明属于惯性测量技术领域，具体涉及半球谐振陀螺电极装配误差标定方法。

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系统的核心器件，是提高武器系统的战场应变能力、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。其中电极通常采用八电极方案，即将平板电极等分成八块，通常将0度、90度、180度、270度电极并联定义为X通道，将45度、135度、225度、270度电极并联定义为Y通道。理想条件下，为了保证驱动和检测通道的增益一致性，要求谐振子唇缘与平板电极平面保持平行，即需保证谐振子与八个电极间的电容的一致性。但谐振子与平板电极的装配通常通过高精度垫片保证，由于加工误差的存在导致装配过程中不可避免的存在误差，导致谐振子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。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。同时，控制电压同样会因为电极间隙误差导致产生控制力的出现偏差，从而影响陀螺精度。

因此，依据在半球谐振子上施加正弦激励电压，使谐振子与电极间的电容产生相应的电流信号，通过对该电流信号进行采样并解算，实现电极间隙不一致误差估计与补偿，进一步提升陀螺信号解算与全角控制精度的目的。

发明内容

由于加工误差导致谐振子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的问题，本发明的目的是提供一种半球谐振陀螺电极间隙不一致误差估计与补偿方法，实现电极间隙不一致误差估计与补偿，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，本发明提供一种半球谐振陀螺电极装配误差标定方法，采取技术方案如下：

在半球谐振子上施加正弦激励电压，使谐振子与电极间的电容产生相应的电流信号，通过对该电流信号进行采样并解算，实现电极间隙不一致误差估计与补偿。

进一步的，设施加在半球谐振子上的电压为

z＝b·sin(ω′t)

式中，b为施加的电压幅值，ω′为施加正弦电压的频率。

分别在八个电极处对激励电压产生的电流信号进行采样，通过IQ解调算法分别求取八个电极处采样信号和驱动信号的幅值b

进一步的，通过解算获得的采样信号和驱动信号的幅值求取通道增益不对称误差为：

其中，d

进一步的，将辨识得到的通道增益不对称误差△k、△k

本发明的有益效果是，依据在半球谐振子上施加正弦激励电压，使谐振子与电极间的电容产生相应的电流信号，通过对该电流信号进行采样并解算，实现电极间隙不一致误差估计与补偿，该算法原理简单且易于实现，可以实现电极间隙不一致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。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的电极间隙不一致示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的电极间隙不一致标定示意图。

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中的附图，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。

本发明提供的一种半球谐振陀螺电极装配误差标定方法，在半球谐振子上施加正弦激励电压，使谐振子与电极间的电容产生相应的电流信号，通过对该电流信号进行采样并解算，实现电极间隙不一致误差估计与补偿。具体包括如下步骤：

步骤1.求取X、Y通道分别为采样信号、驱动信号时的X、Y通道增益误差△k、△k

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积分成电压得到，驱动力在电极上施加变化的驱动电压产生相应的静电力作用到谐振子上，则X、Y通道的检测信号、驱动力可分别表示为：

上式中，U表示施加在谐振子上的高压，U

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。当电极间隙存在误差时，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k

为实现X、Y通道增益k

同理，X、Y通道为驱动信号时，假设x驱动通道增益为1，y驱动通道增益为k＝1+△k

F′

F′

X、Y通道增益误差△k

步骤2.通道增益不对称误差激励与辨识

在谐振子上施加正弦激励电压，使谐振子与电极间的电容产生相应的电流信号，通过对该电流信号进行采样并解算，实现电极间隙不一致误差估计与补偿。具体包括如下步骤：

步骤2.1.将外部激励电压施加到谐振子表面膜层。

设施加在谐振子上的电压为

z＝b·sin(ω′t)(7)

式中，b为施加的电压幅值，ω′为施加正弦电压的频率。

步骤2.2.求取八个电极处采样信号和驱动信号的幅值。

分别在八个电极处对激励电压产生的电流信号进行观测。为了保证该电流信号的观测精度，需采用同一电路进行采样，避免因电子元器件的性能差异如额外的误差。通过IQ解调算法分别求取八个电极处采样信号和驱动信号的幅值。

步骤2.3.计算通道增益不对称误差

根据公式(4)、公式(6)，通过解算获得的采样信号和驱动信号的幅值即可求取通道增益不对称误差为：

步骤3.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△k、△k

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。