CN113418520B - 基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法 - Google Patents

基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113418520B
CN113418520B CN202110780191.8A CN202110780191A CN113418520B CN 113418520 B CN113418520 B CN 113418520B CN 202110780191 A CN202110780191 A CN 202110780191A CN 113418520 B CN113418520 B CN 113418520B
Authority
CN
China
Prior art keywords
angular rate
electromagnetic
signal
frequency
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110780191.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113418520A (zh
Inventor
徐振东
安好
鄂鸿飞
于磊
张世成
伊高波
刘正峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sedlet Zhuhai Aerospace Technology Co ltd
Original Assignee
Sedlet Zhuhai Aerospace Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sedlet Zhuhai Aerospace Technology Co ltd filed Critical Sedlet Zhuhai Aerospace Technology Co ltd
Priority to CN202110780191.8A priority Critical patent/CN113418520B/zh
Publication of CN113418520A publication Critical patent/CN113418520A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113418520B publication Critical patent/CN113418520B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/64—Gyrometers using the Sagnac effect, i.e. rotation-induced shifts between counter-rotating electromagnetic beams

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法，涉及角速率测量、卫星导航定位以及深空深海导航定位应用领域。本发明的目的是为了解决现有的角速率测量装置，存在测量精度低的问题。本申请的两个同心环路各接收到1个频率信号后各输出1个电磁脉冲信号给鉴相器，当角速率的敏感环路建立模块具有角速率时，则该角速率将导致两个同心环路产生不同的频率增量，该频率增量变化为互补变化，使鉴相器检测到相位差或时差信号，通过负反馈机理依次通过低通滤波器和2个压控振荡器，2个压控振荡器输出的频率信号产生互补频率变化，频率信号处理模块根据2个压控振荡器输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。它用于获得电磁陀螺工作角速率。

Description

基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法
技术领域
本发明涉及角速率测量、卫星导航定位以及深空深海导航定位应用领域。
背景技术
角速率测量在卫星或潜艇自主导航应用中具有极其重要的工程应用价值和战略意义，不依赖外部控制的高度自主定姿装置，可以极大减轻系统的操作难度，增加系统的抗干扰和自主生存能力。但是现有采用单个陀螺工作的方式来测量角速率，导致角速率测量精度低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的角速率测量装置，存在测量精度低的问题，现提供基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法。
基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，所述装置包括2个压控振荡器、鉴相器、低通滤波器、角速率的敏感环路建立模块和频率信号处理模块，
角速率的敏感环路建立模块，与鉴相器连接，用于建立两个同心环路，一个环路为顺时针方向的电磁脉冲路径，另一个环路为逆时针方向的电磁脉冲路径，两个同心环路各有一个频率信号输入端和一个电磁脉冲信号输出端，所述2个频率信号输入端分别连接2个压控振荡器的输出，所述电磁脉冲信号输出端作为鉴相器的输入，每个同心环路接收一个压控振荡器输出的频率信号，输出电磁脉冲信号传输给鉴相器；
鉴相器，与低通滤波器连接，用于根据2个电磁脉冲信号，得到相位差或时差信号，输出脉冲信号给低通滤波器，当相位差或时差信号为0时，角速率为0，此时输出的脉冲信号与上一时刻相同，当相位差或时差信号不为0时，此时输出的脉冲信号与上一时刻不同；
低通滤波器，同时与2个压控振荡器连接，用于在接收到鉴相器输出的脉冲信号后，向2个压控振荡器分别输出1个电压控制信号；
每个压控振荡器各连接一个同心环路，用于向连接的同心环路输入频率信号，还用于在接收到电压控制信号后，输出频率信号；
所述2压控振荡器输出的2个频率信号为互补变化，一个频率信号增加，另一个频率信号降低；
频率信号处理模块，根据2个压控振荡器输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。
优选地，根据时差信号，得到角速率的过程为：
当环路以电磁陀螺工作角速率ω旋转时，顺时针方向的电磁脉冲信号到达时间tcw为：
Figure BDA0003156404120000021
当环路以角速率ω旋转时，逆时针方向的电磁脉冲信号到达时间tccw为：
Figure BDA0003156404120000022
式中，R为两个同心环路的半径，ω为初始角速率，c为光速；
到达时间差信号Δt为：
Figure BDA0003156404120000023
到达时间和信号t0为：
Figure BDA0003156404120000024
根据公式3和公式4，得到时差信号与角速率的关系为：
Figure BDA0003156404120000025
优选地，电磁陀螺工作角速率的获得过程为：
当两个同心环路时延因为角速率发生互补变化时，输入至两个同心环路的频率信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡，设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw，因此，顺时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfcw为：
Figure BDA0003156404120000026
式中，v为电磁脉冲信号环路旋转的线速度，
Figure BDA0003156404120000027
f0为电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号，
逆时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfccw为：
Figure BDA0003156404120000028
频差为：
Figure BDA0003156404120000031
电磁陀螺工作角速率：
Figure BDA0003156404120000032
根据基于互补压控振荡器电磁陀螺工作的角速率测量装置实现的测量方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、建立两个同心环路，一个环路为顺时针方向的电磁脉冲路径，另一个环路为逆时针方向的电磁脉冲路径，每个同心环路接收一个频率信号，输出电磁脉冲信号；
步骤2、根据步骤一得到的2个电磁脉冲信号，得到相位差或时差信号，当输出脉冲信号相位差或时差信号为0时，角速率为0，此时输出的脉冲信号与上一时刻相同，当相位差或时差信号不为0时，此时输出的脉冲信号与上一时刻不同；
步骤3、在接收到步骤2输出的脉冲信号后，输出2个电压控制信号；
步骤4、在接收到电压控制信号后，输出频率信号，所述输出的2个频率信号为互补变化，一个频率信号增加，另一个频率信号降低；
步骤5、根据步骤4输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。
优选地，根据时差信号，得到角速率的过程为：
当环路以电磁陀螺工作角速率ω旋转时，顺时针方向的电磁脉冲信号到达时间tcw为：
Figure BDA0003156404120000033
当环路以角速率ω旋转时，逆时针方向的电磁脉冲信号到达时间tccw为：
Figure BDA0003156404120000034
式中，R为两个同心环路的半径，ω为初始角速率，c为光速；
到达时间差信号Δt为：
Figure BDA0003156404120000035
到达时间和信号t0为：
Figure BDA0003156404120000036
根据公式3和公式4，得到到达时间差信号不为0时的角速率：
Figure BDA0003156404120000041
优选地，电磁陀螺工作角速率的获得过程为：
当两个同心环路时延因为角速率发生互补变化时，输入至两个同心环路的频率信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡，设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw，因此，顺时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfcw为：
Figure BDA0003156404120000042
式中，v为电磁脉冲信号环路旋转的线速度，
Figure BDA0003156404120000043
f0为电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号，
逆时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfccw为：
Figure BDA0003156404120000044
频差为：
Figure BDA0003156404120000045
电磁陀螺工作角速率：
Figure BDA0003156404120000046
本发明的有益效果是：
Sagnac效应与角速率具有严格的函数关系，这种关系是激光陀螺与光纤陀螺的基础，可为卫星或潜艇提供角速率等姿态信息，高精度的角速率测量部件可以作为标校基准，从而提高定位导航精度，具有重要的科学意义与工程应用价值。基于Sagnac效应的互补VCO电磁陀螺是通过双环角速率敏感部件与互补压控振荡器(VCO)产生的互补频率的作用机理，产生相对频差与角速率成正比实现角速度测量的。从以上分析可知，互补压控振荡器(VCO)电磁陀螺是一种敏感角速率、应用于卫星或潜艇导航系统的基础部件，采用全电结构实现了与激光陀螺、光纤陀螺相同的功能，并且可以在实现高精度角速率测量的条件下利用微电子与微波技术实现测量装置的小型化，甚至实现片上系统，适合于自主导航定位应用。因此，本申请采用互补VCO电磁陀螺工作来测量角速率，测量精度高。
附图说明
图1为由角速率的敏感环路建立模块建立的两个同心环路的结构示意图；
图2为基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置的原理示意图；
图3为使用2个压控振荡器将2个初始频率信号调控成2个互补的频率。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，所述装置包括2个压控振荡器4、鉴相器2、低通滤波器3、角速率的敏感环路建立模块1和频率信号处理模块，
角速率的敏感环路建立模块1，与鉴相器2连接，用于建立两个同心环路，一个环路为顺时针方向的电磁脉冲路径，另一个环路为逆时针方向的电磁脉冲路径，两个同心环路各有一个频率信号输入端和一个电磁脉冲信号输出端，所述2个频率信号输入端分别连接2个压控振荡器4的输出，所述电磁脉冲信号输出端作为鉴相器2的输入，每个同心环路接收一个压控振荡器输出的频率信号，输出电磁脉冲信号传输给鉴相器2；
鉴相器2，与低通滤波器3连接，用于根据2个电磁脉冲信号，得到相位差或时差信号，输出脉冲信号给低通滤波器3，当相位差或时差信号为0时，角速率为0，此时输出的脉冲信号与上一时刻相同，当相位差或时差信号不为0时，此时输出的脉冲信号与上一时刻不同；
低通滤波器3，同时与2个压控振荡器4连接，用于在接收到鉴相器2输出的脉冲信号后，向2个压控振荡器4分别输出1个电压控制信号；
每个压控振荡器4各连接一个同心环路，用于向连接的同心环路输入频率信号，还用于在接收到电压控制信号后，输出频率信号；
所述2压控振荡器4输出的2个频率信号为互补变化，一个频率信号增加，另一个频率信号降低；
频率信号处理模块，根据2个压控振荡器4输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。
本实施方式中，2个压控振荡器4为互补压控特性，一个压控振荡器控制电压控制信号增加时输出频率信号升高，一个压控振荡器控制电压控制信号增加时输出频率信号降低。
每个压控振荡器4的输出，分别与角速率的敏感环路建立模块1连接，作为敏感环路的频率信号源，当角速率的敏感环路建立模块具有角速率时，则该角速率将导致不同方向的敏感环路产生不同的频率增量，该频率增量变化为互补变化，即一个频率升高变化，一个频率降低变化，使鉴相器2检测到的相位差变化，通过负反馈机理，所述2个压控振荡器4输出的频率信号产生互补频率变化。
在图1中，采用微带电路形成半径为R的两个同心环路，其中一个为顺时针电磁脉冲信号路径，另一个为逆时针电磁脉冲信号路径。两路电磁脉冲信号以对称形式由外侧输入，由内侧输出(如图1中箭头示意)。当角速率ω＝0时，电磁脉冲信号在顺时针与逆时针环路中的传输时间均为
Figure BDA0003156404120000061
(假设真空环境)。当环路以角速率ω旋转时，其顺时针方向的电磁脉冲信号传输时间为：
Figure BDA0003156404120000062
而逆时针方向的电磁脉冲信号传输时间为
Figure BDA0003156404120000063
根据(1)式与(2)式，则时间“和”为
Figure BDA0003156404120000064
时间“差”为
Figure BDA0003156404120000065
因此有：
Figure BDA0003156404120000066
其相对时差与角速率成正比。因此获得了两个环路的传输时间，则可以获得角速率，这是利用Sagnac效应敏感角速率的基本原理。
在(公式1)与(公式2)中，ωR即为电磁脉冲信号环路旋转的线速度v，通常该速度远远小于光速，因此可表示为
Figure BDA0003156404120000067
以及
Figure BDA0003156404120000068
其中v＝ωR，
Figure BDA0003156404120000069
可见与角速率同向的电磁脉冲信号传输时间多
Figure BDA00031564041200000610
而与角速率反向的电磁脉冲信号传输时间少
Figure BDA0003156404120000071
原理上对信号时差的检测可以采用鉴相器实现。由于时差非常小，将两路信号分别与基准信号进行鉴相比较会因鉴相器一致性差带来很大的偏差，因此采用单一鉴相器对两路环路输出的电磁脉冲信号进行时差检测。又由于角速率对两路电磁脉冲信号周期或频率以互补形式出现，因此提出互补电压-频率特性的压控振荡器(VCO)生成互补电磁脉冲信号频率，对角速率引起的信号周期变化或频率变化进行动态同步控制，其原理电路如图2所示。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，根据时差信号，得到角速率的过程为：
当环路以电磁陀螺工作角速率ω旋转时，顺时针方向的电磁脉冲信号到达时间tcw为：
Figure BDA0003156404120000072
当环路以角速率ω旋转时，逆时针方向的电磁脉冲信号到达时间tccw为：
Figure BDA0003156404120000073
式中，R为两个同心环路的半径，ω为初始角速率，c为光速；
到达时间差信号Δt为：
Figure BDA0003156404120000074
到达时间和信号t0为：
Figure BDA0003156404120000075
根据公式3和公式4，得到时差信号与角速率的关系为：
Figure BDA0003156404120000076
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，电磁陀螺工作角速率的获得过程为：
当两个同心环路时延因为角速率发生互补变化时，输入至两个同心环路的频率信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡，设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw，因此，顺时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfcw为：
Figure BDA0003156404120000081
式中，v为电磁脉冲信号环路旋转的线速度，
Figure BDA0003156404120000082
f0为电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号，
逆时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfccw为：
Figure BDA0003156404120000083
频差为：
Figure BDA0003156404120000084
电磁陀螺工作角速率：
Figure BDA0003156404120000085
本实施方式中，在图2中，当角速率ω＝0时，由压控振荡器发送的频率信号fcw及fccw经过环路后，其延时相同，经过鉴相器检测时差，如果是同频同相，则压控振荡器内锁相环输出稳定的频率信号f0，即电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号f0；如果不同，则鉴相器检测到时差，在负反馈机制下，调整压控振荡器频率，并最终将压控振荡器频率调控到f0，并且在鉴相器输入端的信号为同频同相，处于同步运行工作状态(V0,f0)，如图3所示，其中，V0表示VCO工作点控制电压，图3中横坐标Vc0表示VCO电压，纵坐标f表示VCO工作频率。
当环路具有角速率时，顺时针与逆时针方向的信号传输时间将产生增量，在鉴相器输入端出现时差，当检测到时差信号时，低通滤波器输出变化的压控振荡器电压控制信号，调控压控振荡器频率，当压控振荡器输出的频率信号平衡了角速率引起的时差后，处于新的工作频率上，并且两路VCO频率为互补变化，即一路信号频率升高，一路信号频率降低。
由互补压控振荡器等组成的锁相环在负反馈机制的作用下补偿平衡了旋转角速率引入的延时变化，因此对于延时增加的环路其电磁脉冲需要超前输出，而延时减小的环路其电磁脉冲需要滞后输出。超前输出的信号频率将升高，而滞后输出的频率将降低。由于是互补变化，因此设顺时针环路与逆时针环路的信号频率分别为
fcw＝f0+Δf (公式10)
及
fccw＝f0-Δf (公式11)
因此
fcw+fccw＝2f0
fcw-fccw＝2Δf
其中Δf为信号频差增量。
当环路时延因为旋转角速率发生互补变化时，每个压控振荡器(4)的输出作为敏感环路的频率信号源信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡。设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw。因此对于顺时针电磁脉冲信号等效频率增量应为
Figure BDA0003156404120000091
及
Figure BDA0003156404120000092
其频差为
Figure BDA0003156404120000093
因此有
Figure BDA0003156404120000094
由公式9可见，角速率与相对频率成正比，检测到频率变化，则可获得角速率参数。
具体实施方式四：根据具体实施方式一所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置实现的测量方法，所述方法包括以下步骤：
所述方法包括以下步骤：
步骤1、建立两个同心环路，一个环路为顺时针方向的电磁脉冲路径，另一个环路为逆时针方向的电磁脉冲路径，每个同心环路接收一个频率信号，输出电磁脉冲信号；
步骤2、根据步骤一得到的2个电磁脉冲信号，得到相位差或时差信号，当输出脉冲信号相位差或时差信号为0时，角速率为0，此时输出的脉冲信号与上一时刻相同，当相位差或时差信号不为0时，此时输出的脉冲信号与上一时刻不同；
步骤3、在接收到步骤2输出的脉冲信号后，输出2个电压控制信号；
步骤4、在接收到电压控制信号后，输出频率信号，所述输出的2个频率信号为互补变化，一个频率信号增加，另一个频率信号降低；
步骤5、根据步骤4输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。
本实施方式中，输出的2个频率信号为互补变化，互补压控振荡器(VCO)电磁陀螺通过
Figure BDA0003156404120000101
测量敏感角速率，敏感的角速率与互补压控振荡器相对频差成正比。由鉴相器输出的电压信号同时控制互补压控振荡器(VCO)电压，并产生互补的频率变化。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量方法，根据时差信号，得到角速率的过程为：
当环路以电磁陀螺工作角速率ω旋转时，顺时针方向的电磁脉冲信号到达时间tcw为：
Figure BDA0003156404120000102
当环路以角速率ω旋转时，逆时针方向的电磁脉冲信号到达时间tccw为：
Figure BDA0003156404120000103
式中，R为两个同心环路的半径，ω为初始角速率，c为光速；
到达时间差信号Δt为：
Figure BDA0003156404120000104
到达时间和信号t0为：
Figure BDA0003156404120000105
根据公式3和公式4，得到到达时间差信号不为0时的角速率：
Figure BDA0003156404120000106
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量方法，电磁陀螺工作角速率的获得过程为：
当两个同心环路时延因为角速率发生互补变化时，输入至两个同心环路的频率信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡，设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw，因此，顺时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfcw为：
Figure BDA0003156404120000111
式中，v为电磁脉冲信号环路旋转的线速度，
Figure BDA0003156404120000112
f0为电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号，
逆时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfccw为：
Figure BDA0003156404120000113
频差为：
Figure BDA0003156404120000114
电磁陀螺工作角速率：
Figure BDA0003156404120000115

Claims (6)

1.基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，其特征在于，所述装置包括2个压控振荡器(4)、鉴相器(2)、低通滤波器(3)、角速率的敏感环路建立模块(1)和频率信号处理模块，
角速率的敏感环路建立模块(1)，与鉴相器(2)连接，用于建立两个同心环路，一个环路为顺时针方向的电磁脉冲路径，另一个环路为逆时针方向的电磁脉冲路径，两个同心环路各有一个频率信号输入端和一个电磁脉冲信号输出端，所述2个频率信号输入端分别连接2个压控振荡器(4)的输出，所述电磁脉冲信号输出端作为鉴相器(2)的输入，每个同心环路接收一个压控振荡器输出的频率信号，输出电磁脉冲信号传输给鉴相器(2)；
鉴相器(2)，与低通滤波器(3)连接，用于根据2个电磁脉冲信号，得到相位差或时差信号，输出脉冲信号给低通滤波器(3)，当相位差或时差信号为0时，角速率为0，此时输出的脉冲信号与上一时刻相同，当相位差或时差信号不为0时，此时输出的脉冲信号与上一时刻不同；
低通滤波器(3)，同时与2个压控振荡器(4)连接，用于在接收到鉴相器(2)输出的脉冲信号后，向2个压控振荡器(4)分别输出1个电压控制信号；
每个压控振荡器(4)各连接一个同心环路，用于向连接的同心环路输入频率信号，还用于在接收到电压控制信号后，输出频率信号；
所述2个压控振荡器(4)输出的2个频率信号为互补变化，一个频率信号增加，另一个频率信号降低；
频率信号处理模块，根据2个压控振荡器(4)输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。
2.根据权利要求1所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，其特征在于，根据时差信号，得到角速率的过程为：
当环路以电磁陀螺工作角速率ω旋转时，顺时针方向的电磁脉冲信号到达时间tcw为：
Figure FDA0003832641320000011
当环路以角速率ω旋转时，逆时针方向的电磁脉冲信号到达时间tccw为：
Figure FDA0003832641320000012
式中，R为两个同心环路的半径，ω为初始角速率，c为光速；
到达时间差信号Δt为：
Figure FDA0003832641320000021
到达时间和信号t0为：
Figure FDA0003832641320000022
根据公式3和公式4，得到时差信号与角速率的关系为：
Figure FDA0003832641320000023
3.根据权利要求2所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置，其特征在于，
电磁陀螺工作角速率的获得过程为：
当两个同心环路时延因为角速率发生互补变化时，输入至两个同心环路的频率信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡，设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw，因此，顺时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfcw为：
Figure FDA0003832641320000024
式中，v为电磁脉冲信号环路旋转的线速度，
Figure FDA0003832641320000025
f0为电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号，
逆时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfccw为：
Figure FDA0003832641320000026
频差为：
Figure FDA0003832641320000027
电磁陀螺工作角速率：
Figure FDA0003832641320000028
4.根据权利要求1所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置实现的测量方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、建立两个同心环路，一个环路为顺时针方向的电磁脉冲路径，另一个环路为逆时针方向的电磁脉冲路径，每个同心环路接收一个频率信号，输出电磁脉冲信号；
步骤2、根据步骤1得到的2个电磁脉冲信号，得到相位差或时差信号，当输出脉冲信号相位差或时差信号为0时，角速率为0，此时输出的脉冲信号与上一时刻相同，当相位差或时差信号不为0时，此时输出的脉冲信号与上一时刻不同；
步骤3、在接收到步骤2输出的脉冲信号后，输出2个电压控制信号；
步骤4、在接收到电压控制信号后，输出频率信号，输出的2个频率信号为互补变化，一个频率信号增加，另一个频率信号降低；
步骤5、根据步骤4输出的频率信号，获得电磁陀螺工作角速率。
5.根据权利要求4所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置实现的测量方法，其特征在于，根据时差信号，得到角速率的过程为：
当环路以电磁陀螺工作角速率ω旋转时，顺时针方向的电磁脉冲信号到达时间tcw为：
Figure FDA0003832641320000031
当环路以角速率ω旋转时，逆时针方向的电磁脉冲信号到达时间tccw为：
Figure FDA0003832641320000032
式中，R为两个同心环路的半径，ω为初始角速率，c为光速；
到达时间差信号Δt为：
Figure FDA0003832641320000033
到达时间和信号t0为：
Figure FDA0003832641320000034
根据公式3和公式4，得到到达时间差信号不为0时的角速率：
Figure FDA0003832641320000035
6.根据权利要求5所述的基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置实现的测量方法，其特征在于，
电磁陀螺工作角速率的获得过程为：
当两个同心环路时延因为角速率发生互补变化时，输入至两个同心环路的频率信号引入的时间变化量应与角速率引入的时差变化相平衡，设顺时针发送的电磁脉冲信号周期为Tcw，逆时针发送的电磁脉冲信号周期为Tccw，因此，顺时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfcw为：
Figure FDA0003832641320000041
式中，v为电磁脉冲信号环路旋转的线速度，
Figure FDA0003832641320000042
f0为电磁陀螺未转动时2个压控振荡器输出的频率信号，
逆时针电磁脉冲信号等效频率增量Δfccw为：
Figure FDA0003832641320000043
频差为：
Figure FDA0003832641320000044
电磁陀螺工作角速率：
Figure FDA0003832641320000045
CN202110780191.8A 2021-07-09 2021-07-09 基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法 Active CN113418520B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110780191.8A CN113418520B (zh) 2021-07-09 2021-07-09 基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110780191.8A CN113418520B (zh) 2021-07-09 2021-07-09 基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113418520A CN113418520A (zh) 2021-09-21
CN113418520B true CN113418520B (zh) 2022-12-13

Family

ID=77721719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110780191.8A Active CN113418520B (zh) 2021-07-09 2021-07-09 基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113418520B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153715A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 振動ジャイロ
JP2008064657A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Epson Toyocom Corp 角速度検出方法、角速度センサ素子片および角速度検出回路
CN103245341A (zh) * 2012-02-02 2013-08-14 中国计量科学研究院 激光陀螺
CN103278150A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 浙江大学 一种检测角速度的光载微波陀螺方法
CN106289209A (zh) * 2016-07-22 2017-01-04 北京时代民芯科技有限公司 一种适用于宽量程的陀螺仪控制方法和控制系统
CN109931921A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 西安邮电大学 一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统及实现方法
CN110108266A (zh) * 2019-05-08 2019-08-09 南京理工大学 基于机械vco锁相环的陀螺实时自动闭环模态匹配方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006153715A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Japan Aviation Electronics Industry Ltd 振動ジャイロ
JP2008064657A (ja) * 2006-09-08 2008-03-21 Epson Toyocom Corp 角速度検出方法、角速度センサ素子片および角速度検出回路
CN103245341A (zh) * 2012-02-02 2013-08-14 中国计量科学研究院 激光陀螺
CN103278150A (zh) * 2013-05-10 2013-09-04 浙江大学 一种检测角速度的光载微波陀螺方法
CN106289209A (zh) * 2016-07-22 2017-01-04 北京时代民芯科技有限公司 一种适用于宽量程的陀螺仪控制方法和控制系统
CN109931921A (zh) * 2017-12-15 2019-06-25 西安邮电大学 一种用于激光陀螺的自动跟踪抖动控制系统及实现方法
CN110108266A (zh) * 2019-05-08 2019-08-09 南京理工大学 基于机械vco锁相环的陀螺实时自动闭环模态匹配方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113418520A (zh) 2021-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4870588A (en) Signal processor for inertial measurement using coriolis force sensing accelerometer arrangements
Geiger et al. MEMS IMU for ahrs applications
EP1250564B1 (en) Vibrating structure gyroscope
EP3112879A1 (en) Optical-mechanical vibrating beam accelerometer
CN102353373B (zh) 基于双路闭环锁定技术的谐振式光学陀螺
JPS62108110A (ja) 光フアイバジヤイロ
CN103267522B (zh) 用于消除光载微波陀螺非互易性误差的双向锁频交换方法
CN103278150B (zh) 一种检测角速度的光载微波陀螺方法
Hiller et al. Noise contributions in a closed-loop MEMS gyroscope for automotive applications
US20220034660A1 (en) Bidirectional optical-carrying microwave resonance system based on circulator structure and method for detecting angular velocity by said system
WO2023134105A1 (zh) 原子干涉惯性导航信息探测系统及探测方法
CN111238464B (zh) 基于互易性调制与时分切换的谐振式光学陀螺的检测方法
CN113532409B (zh) 一种高精度数字mems陀螺控制系统及方法
Eminoglu et al. Chopped rate-to-digital FM gyroscope with 40ppm scale factor accuracy and 1.2 dph bias
CN114383590A (zh) 速率积分陀螺的相位误差辨识和补偿方法
CN102003957A (zh) 四频激光陀螺零偏补偿方法
CN113418520B (zh) 基于互补压控振荡器电磁陀螺工作角速率测量装置及方法
CN103267521B (zh) 采用单环两路双向谐振光载微波检测角速度的方法
US3846025A (en) Frequency sensitive laser rotary motion sensor
US11378401B2 (en) Polarization-maintaining fully-reciprocal bi-directional optical carrier microwave resonance system and angular velocity measurement method thereof
CN111964658B (zh) 一种旋转场驱动的核磁共振陀螺闭环磁共振方法
CN104296740B (zh) 一种基于反熔丝fpga的光纤陀螺主控板晶振选取方法
CN110988760A (zh) 一种Mx型铯光泵磁力仪的数字化信号检测系统
US3103624A (en) Nuclear gyroscope
CN114264318A (zh) 一种闭环光纤陀螺固有频率测试方法和装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant