CN113447047B - 速率积分陀螺检测电极误差辨识方法、装置、系统及介质 - Google Patents

速率积分陀螺检测电极误差辨识方法、装置、系统及介质 Download PDF

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CN113447047B CN202111013174.8A CN202111013174A CN113447047B CN 113447047 B CN113447047 B CN 113447047B CN 202111013174 A CN202111013174 A CN 202111013174A CN 113447047 B CN113447047 B CN 113447047B
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Abstract

一种速率积分陀螺检测电极误差辨识方法、装置、系统及介质，包括：采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差；对角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量；基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如未达到预期的精度，根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的检测电极误差进行补偿，直至检测电极误差参数辨识达到预期的精度，输出对应的检测电极误差补偿参数。本发明具有快速、精度高和自动化程度高等特点，适应于速率积分陀螺的批量化调试过程。

Description

速率积分陀螺检测电极误差辨识方法、装置、系统及介质
技术领域
本发明涉及固态振动陀螺技术领域，尤其涉及一种速率积分陀螺检测电极误差辨识方法、装置、系统及介质。
背景技术
陀螺仪是一种检测载体角运动的传感器，在惯性导航与姿态控制领域发挥着关键作用，其性能直接决定了惯性导航与姿态控制系统的精度。
目前的陀螺仪有：机械转子类陀螺、固态振动类陀螺和光学类陀螺。与机械转子类陀螺相比，固态振动类陀螺结构简单，没有转动部件，因此具有可靠性高、抗冲击性好体积小、成本低等突出优势。与光学类陀螺相比，固态振动类陀螺只需要单一谐振结构即可实现角运动的测量，信号处理较为简单，且不需要光源等复杂部件，因此具有寿命长、易于芯片化批量生产等优势。因此固态振动类陀螺正在快速发展，逐步占领机械转子类陀螺和光学类陀螺的市场。
传统的固态振动陀螺通常工作在速率模式，这种模式下陀螺在驱动作用下工作在驱动模型，当外界有角速度输出的时候，由于哥氏力的耦合作用，通过解调检测模态的信号便可以敏感角速度。工作于速率模式下的陀螺通常受限于量程、带宽和标度因数线性度等关键性能制约。
相比之下，工作于速率积分模式的固态振动陀螺（即速率积分陀螺）有以下的优势：
（1）直接的角度输出，避免了速率模式下积分运算带来的误差；
（2）极其稳定的标度因数，其只与谐振结构相关不随环境变化；
（3）优异的动态特性，理论上可达到无限的量程和带宽。
尽管速率积分模式拥有诸多优异特性，但是该工作模式对于谐振子的对称性有着严格的要求。除了要求谐振子的阻尼和刚度不均匀性尽可能小之外，对其检测的对称性也有着苛刻的需求。但是由于加工和装配等误差的影响，陀螺通常会存在检测电极误差，导致控制回路中产生检测增益和角度误差，从而对速率积分陀螺性能带来较大的影响。
由于速率积分陀螺通常会存在检测电极误差，因此提出一种可以辨识速率积分陀螺检测电极误差的方法，能够适应于速率积分陀螺的调试过程以消除检测电极误差，这是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种速率积分陀螺检测电极误差辨识方法、装置、系统及介质。本发明具有快速、精度高和自动化程度高等特点，适应于速率积分陀螺的批量化调试过程。
为实现本发明的技术目的，采用以下技术方案：
速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，包括以下步骤：
S1.采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差；
S2. 依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量；
S3. 根据角度估计误差的同相分量和正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则转S4；
S4. 根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的电极误差进行补偿，转S1，不断循环，直至检测电极误差参数辨识达到预期的精度，输出对应的检测电极误差补偿参数。
本发明S1中振型角的角度估计误差
Figure 760878DEST_PATH_IMAGE001
，其中
Figure 516344DEST_PATH_IMAGE002
为振型角输出的实测值，
Figure 374579DEST_PATH_IMAGE003
为振型角输出的理想值，
Figure 940820DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 884506DEST_PATH_IMAGE005
为外部输入的角速度，
Figure 178084DEST_PATH_IMAGE006
为陀螺的标度因数，
Figure 890825DEST_PATH_IMAGE007
为采样时长。
Figure 611656DEST_PATH_IMAGE002
为振型角输出的实测值通过以下方法获得：速率积分陀螺在高速旋转下的实测输出数据为
Figure 793370DEST_PATH_IMAGE008
和
Figure 625060DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 457886DEST_PATH_IMAGE010
和
Figure 349619DEST_PATH_IMAGE011
分别表示检测到的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移, 将
Figure 18629DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 919589DEST_PATH_IMAGE011
输入速率积分控制模式便可求解出振型角输出的实测值
Figure 341343DEST_PATH_IMAGE013
。
本发明一实施例的S1中，以1kHz采样率采集1s的速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据。
本发明中检测电极误差包括检测增益误差G d 和检测角度误差
Figure 403977DEST_PATH_IMAGE014
，其中0<G d ≤1。
速率积分陀螺在高速旋转下的实测输出数据与速率积分陀螺在高速旋转下的理想数据之间的关系，表示为：
Figure 543971DEST_PATH_IMAGE015
其中，x和y分别表示不存在增益误差和角度误差的理想状态下，速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移。
本发明S3中，判断角度估计误差的幅值
Figure 999354DEST_PATH_IMAGE016
与设定值A set 之间的大小关系，其中m为角度估计误差的同相分量，n为角度估计误差的正交分量；如果
Figure 275615DEST_PATH_IMAGE017
小于设定值A set ，则认为检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；相反，如果
Figure 774729DEST_PATH_IMAGE018
大于设定值A set ，则认为检测电极误差参数辨识尚未达到预期的精度。
本发明S4中，检测电极误差补偿参数包括检测增益误差补偿参数
Figure 136441DEST_PATH_IMAGE019
和检测角度误差补偿参数
Figure 379203DEST_PATH_IMAGE020
，对实测输出数据中的检测增益误差和检测角度误差进行补偿，补偿关系通过以下公式表示：
Figure 526282DEST_PATH_IMAGE021
其中
Figure 196298DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 310884DEST_PATH_IMAGE023
为补偿之后的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移。
若要满足以上的补偿关系，那么
Figure 91758DEST_PATH_IMAGE024
即调整检测增益误差补偿参数
Figure 93343DEST_PATH_IMAGE019
和检测角度误差补偿参数
Figure 934260DEST_PATH_IMAGE020
，使其满足：
Figure 536143DEST_PATH_IMAGE025
，
Figure 120708DEST_PATH_IMAGE026
。
本发明S4中，如果
Figure 226067DEST_PATH_IMAGE027
即正交分量幅值
Figure 988618DEST_PATH_IMAGE028
大于等于同相分量幅值
Figure 812218DEST_PATH_IMAGE029
，那么认为此时增益误差占据主导，则通过减小检测增益误差补偿参数进而减小检测增益误差在检测电极误差中所占的比重；相反地，如果
Figure 934895DEST_PATH_IMAGE030
即正交分量幅值小于同相分量幅值，则认为此时检测角度误差占据主导，则通过减小检测角度误差补偿参数进而减小检测角度误差在检测电极误差中所占的比重。
另一方面，本发明提供一种速率积分陀螺检测电极误差辨识装置，包括：
第一模块，用于速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差，并输出给第二模块；
第二模块，用于依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量，并输出给第三模块；
第三模块，用于根据角度估计误差的同相分量和角度估计误差正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则将角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值输出给第四模块；
第四模块，根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的检测电极误差进行补偿。
另一方面，本发明提供一种速率积分陀螺检测电极误差辨识系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
S1.采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差；
S2. 依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量；
S3. 根据角度估计误差的同相分量和正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则转S4；
S4. 根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的电极误差进行补偿，转S1，不断循环，直至检测电极误差参数辨识达到预期的精度，输出对应的检测电极误差补偿参数。
另一方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
S1.采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差；
S2. 依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量；
S3. 根据角度估计误差的同相分量和正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则转S4；
S4. 根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的电极误差进行补偿，转S1，不断循环，直至检测电极误差参数辨识达到预期的精度，输出对应的检测电极误差补偿参数。
相对于现有技术，本发明能够产生的技术效果是：
相比于其他速率积分模式下的检测电极误差辨识方法，该辨识方法具有速度快，精度高的优势。通过使速率积分陀螺高速旋转，可以将刚度和阻尼不均匀忽略不计，从而可以从角度输出中准确提取出角度估计误差。根据角度估计误差与检测电极增益和角度误差之间的关系，逐步收敛到理想的检测电极误差补偿参数。因为检测电极误差主要对性能的影响便是角度估计误差，因此当调整补偿参数使角度估计误差足够小的时候，则可以认为检测电极误差基本对性能不存在影响，因此使用该方法进行误差参数辨识更加直观。同时，在恒定高速旋转下，只需要非常短采样时长（如本发明一实施例中采样时长为1s）的数据便可完成一次收敛，配合收敛算法，具有快速辨识检测电极误差补偿参数的优势。
附图说明
图1为本发明一实施例的流程示意图；
图2为本发明检测电极误差示意图；
图3为本发明一实施例中无检测角度误差不同检测增益误差下的角度估计误差示意图；
图4为对图3的实验结果进行组成成分分析示意图；
图5为本发明一实施例中无检测增益误差不同检测角度误差下的角度估计误差示意图；
图6为对图4的实验结果进行组成成分分析示意图；
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一实施例中提供的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，包括以下步骤：
S1.采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差；
S2. 依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量；
S3. 根据角度估计误差的同相分量和正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则转S4；
S4. 根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的电极误差进行补偿，转S1，不断循环，直至检测电极误差参数辨识达到预期的精度，输出对应的检测电极误差补偿参数。
具体地，参照图1，本发明一实施例中首先在恒定的高速旋转下，如速率积分陀螺的旋转角速度即所述外部输入的角速度
Figure 160340DEST_PATH_IMAGE031
，以1kHz采样率采集1s的角度输出数据，根据计算公式
Figure 105510DEST_PATH_IMAGE032
计算得到角度估计误差。其中
Figure 681985DEST_PATH_IMAGE033
为振型角输出的实测值，
Figure 608353DEST_PATH_IMAGE034
为振型角输出的理想值，
Figure 688304DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 58237DEST_PATH_IMAGE036
为外部输入角速度，
Figure 590849DEST_PATH_IMAGE037
为陀螺的标度因数，
Figure 320908DEST_PATH_IMAGE038
为采样时长，
Figure 255366DEST_PATH_IMAGE039
。
振型角输出的实测值
Figure 45467DEST_PATH_IMAGE033
通过以下方法获得：
速率积分陀螺在的高速旋转下的实测输出数据为
Figure 816109DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 84279DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 873243DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 99825DEST_PATH_IMAGE041
分别表示检测到的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移, 将
Figure 341451DEST_PATH_IMAGE040
和
Figure 164044DEST_PATH_IMAGE041
输入速率积分控制模式便可求解出振型角输出的实测值
Figure 73095DEST_PATH_IMAGE042
。
根据信号
Figure 939419DEST_PATH_IMAGE043
和
Figure 933920DEST_PATH_IMAGE044
可以通过解调得到实测输出数据其X和Y方向两路数据的同相分量和正交分量，分别为
Figure 543893DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 323761DEST_PATH_IMAGE046
，
Figure 95408DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 842784DEST_PATH_IMAGE048
。以上的四个分量便可以计算得到控制变量，表示为
Figure 256448DEST_PATH_IMAGE049
则振型角输出的实测值便可以表示为
Figure 874511DEST_PATH_IMAGE050
。
依据角度估计误差进行组成成分分析，得到其同相分量m和正交分量n。
根据角度估计误差的幅值
Figure 98951DEST_PATH_IMAGE051
判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度。具体地如果
Figure 802464DEST_PATH_IMAGE052
小于设定值A set ，则认为检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；相反，如果
Figure 754240DEST_PATH_IMAGE053
大于设定值A set ，则认为检测电极误差参数辨识尚未达到预期的精度。
下面继续判断正交分量幅值
Figure 757968DEST_PATH_IMAGE054
和同相分量幅值
Figure 871417DEST_PATH_IMAGE055
的大小关系，如果
Figure 78539DEST_PATH_IMAGE056
即正交分量幅值
Figure 568426DEST_PATH_IMAGE057
大于等于同相分量幅值
Figure 426661DEST_PATH_IMAGE058
，那么认为此时增益误差占据主导，则通过减小检测增益误差补偿参数
Figure 242170DEST_PATH_IMAGE059
进而减小检测增益误差在检测电极误差中所占的比重；相反地，如果
Figure 920276DEST_PATH_IMAGE060
即正交分量幅值小于同相分量幅值，则认为此时检测角度误差占据主导，则通过减小检测角度误差补偿参数
Figure 964586DEST_PATH_IMAGE061
进而减小检测角度误差在检测电极误差中所占的比重。
因为只需采集1s的数据即可进行角度估计误差的分析，因此该方法1s便可完成一次检测电极误差补偿参数的收敛，通过几次收敛之后便可达到角度估计误差的幅值小于设定值，即可得到精准的误差补偿参数。其中设定值
Figure 411748DEST_PATH_IMAGE062
的选择与陀螺输出的信噪比有关系，信噪比越好则设定值
Figure 398159DEST_PATH_IMAGE062
可以选择更小的值以达到更高的精度。
本发明的目的是能够快速精准辨识检测速率积分陀螺检测电极误差。在速率积分模式下，X和Y方向的检测数据在理想情况下其增益应该是相等的，并且两路检测数据是解耦的。但是由于存在检测电极误差，X和Y方向的检测数据的增益变的不一致，并且角度误差会使两路检测数据相互耦合。因为X和Y方向的检测数据的误差是相对的，因此在误差分析的过程中选取X方向的检测数据作为参考基准，即任务X方向的检测数据不存在检测增益误差和检测角度误差，那么认为检测增益误差和检测角度误差均为Y方向的检测数据引起。如图2所示为检测电极误差的示意图，理想情况下的理想数据即不存在增益误差和角度误差的理想状态下，速率积分陀螺检测电极在X和Y方向检测的谐振子的振动位移分别为
Figure 829140DEST_PATH_IMAGE063
，由于Y方向存在检测增益误差G d （0<G d ≤1）和检测角度误差α，此时Y方向电极实际的位置Y´，那么实测输出数据即陀螺检测输出的数据为
Figure 660830DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 978810DEST_PATH_IMAGE065
,
Figure 136122DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 788820DEST_PATH_IMAGE065
分别表示检测到的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移。
那么理想数据和实测输出数据之间的关系便可以表示为：
Figure 424201DEST_PATH_IMAGE066
Figure 862266DEST_PATH_IMAGE067
由于存在电极检测误差，依据实测输出数据
Figure 924900DEST_PATH_IMAGE064
和
Figure 64895DEST_PATH_IMAGE068
解调求解出的振型角输出的实测值
Figure 503966DEST_PATH_IMAGE069
也是存在误差的，最终会导致振型角的输出存在角度估计误差
Figure 45806DEST_PATH_IMAGE070
。假设理想情况下求解出的振型角应为θ，那么依据实测输出数据解算到的振型角输出的实测值与理想情况下振型角的理想值存在偏差，这个角度估计误差便可表示为：
Figure 295653DEST_PATH_IMAGE071
，本发明便是基于对角度估计误差的分析从而实现检测增益误差补偿参数G cmp 和检测角度误差补偿参数
Figure 922943DEST_PATH_IMAGE072
的高精度辨识。
要实现检测电极误差的补偿，实际上就是要将实测输出数据
Figure 634547DEST_PATH_IMAGE073
和
Figure 30894DEST_PATH_IMAGE074
还原为理想数据x和y。利用检测增益误差补偿参数G cmp 和检测角度误差补偿参数
Figure 700909DEST_PATH_IMAGE072
，对实测输出数据中的检测电极误差进行补偿，补偿关系通过以下公式表示：
Figure 566228DEST_PATH_IMAGE075
Figure 347103DEST_PATH_IMAGE076
其中
Figure 863535DEST_PATH_IMAGE077
和
Figure 438872DEST_PATH_IMAGE078
为补偿之后数据，具体地
Figure 40755DEST_PATH_IMAGE079
和
Figure 376053DEST_PATH_IMAGE078
为补偿之后的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移。
若要满足式（2），那么
Figure 481412DEST_PATH_IMAGE080
Figure 493230DEST_PATH_IMAGE081
那么调整检测增益误差补偿参数G cmp 和检测角度误差补偿参数α cmp ，使其满足：
Figure 316830DEST_PATH_IMAGE082
，
Figure 439507DEST_PATH_IMAGE083
。
因此对于检测电极误差补偿来讲，最为关键的便是检测增益误差补偿参数G cmp 和检测角度误差补偿参数
Figure 415684DEST_PATH_IMAGE072
的辨识，这两个参数的辨识精度最终决定了检测电极误差补偿的精度。
本发明采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差。速率积分陀螺的角度控制模型为：
Figure 332824DEST_PATH_IMAGE084
Figure 909299DEST_PATH_IMAGE085
其中
Figure 835667DEST_PATH_IMAGE086
为阻尼不均匀性，
Figure 650039DEST_PATH_IMAGE087
为工作于速率积分模式下的两个模态的频差，
Figure 19972DEST_PATH_IMAGE088
和
Figure 818163DEST_PATH_IMAGE089
分别为阻尼轴和刚度轴的方位角，Q和E分别为速率积分模式下能量和正交控制环路的控制变量。
Figure 17064DEST_PATH_IMAGE090
和
Figure 217101DEST_PATH_IMAGE091
分别为谐振子阻尼和刚度不均匀带来的角度漂移，
Figure 757935DEST_PATH_IMAGE092
为理想情况下对输入角速度Ω的响应输出，
Figure 777843DEST_PATH_IMAGE093
为速率积分陀螺的标度因数，其一般小于1。但是由于检测电极误差的存在，速率积分陀螺实际的标度因数会偏离
Figure 46014DEST_PATH_IMAGE094
，变为
Figure 100557DEST_PATH_IMAGE095
。对公式（4）进行积分可以得到：
Figure 530402DEST_PATH_IMAGE096
Figure 42199DEST_PATH_IMAGE097
从公式（5）中可以看出当外部输入的角速度
Figure 114060DEST_PATH_IMAGE098
足够大的时候，后面一项由谐振子阻尼和刚度不均匀引起的角度输出误差便可忽略不计，此时角度输出便可以表示为：
Figure 23111DEST_PATH_IMAGE099
Figure 889435DEST_PATH_IMAGE100
根据公式(6)也可知，角度估计误差
Figure 618357DEST_PATH_IMAGE101
。
本发明一实施例中，通过实验获取实测输出数据：设置
Figure 244642DEST_PATH_IMAGE102
，速率积分陀螺在这样的高转速下刚度和阻尼不均匀便可被忽略不计。利用1kHz采样率进行数据采样，采集1s的速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据, 求解出的振型角输出的实测值
Figure 273777DEST_PATH_IMAGE103
。利用
Figure 311004DEST_PATH_IMAGE104
得到角度估计误差
Figure 792800DEST_PATH_IMAGE105
。
在不同的检测增益误差G d （0<G d ≤1）和检测角度误差α下重复以上实验步骤，并利用
Figure 206464DEST_PATH_IMAGE106
（其中的a,b,c为拟合系数，a=m，b=n，c为偏置）进行拟合便可得到角度估计误差的同相分量幅值
Figure 575260DEST_PATH_IMAGE107
和正交分量幅值
Figure 783387DEST_PATH_IMAGE108
，分别被定义为同相分量和正交分量。实验结果如下所示：由图3可知，随着检测增益误差的增大，角度估计误差曲线的幅值逐渐增大，但是相位基本不变。同时，从图4的组成成分分析可知，在只有检测增益误差的情况下角度估计误差曲线只有正交分量，并且正交分量随着检测增益误差增大而增大。相反，当只有检测角度误差时，如图5所示角度估计误差幅值随着检测角度误差增大而增大。通过图6的组成成分分析可知，此时角度估计误差中的只有同相分量，并且同相分量随着角度误差增大而增大。由上可知，角度估计误差中的同相分量代表着检测角度误差，正交分量代表着检测增益误差，因此对角度估计误差进行组成成分分析便可知检测角度误差和增益误差所占的比例。
以上所述仅为本发明的优选的实施例而已，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。

Claims (10)

1.速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 采集速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差；
S2. 依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量；
S3. 根据角度估计误差的同相分量和正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则转S4；
S4. 根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的检测电极误差进行补偿，转S1，不断循环，直至检测电极误差参数辨识达到预期的精度，输出对应的检测电极误差补偿参数。
2.根据权利要求1所述的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，S1中振型角的角度估计误差
Figure 873683DEST_PATH_IMAGE001
，其中θ out 为振型角输出的实测值，θ为振型角输出的理想值，θ=-κΩt，Ω为外部输入的角速度，κ为速率积分陀螺的标度因数，t为采样时长；θ out 通过以下方法获得：速率积分陀螺在高速旋转下的实测输出数据为
Figure 781596DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 323436DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 88130DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 715420DEST_PATH_IMAGE003
分别表示检测到的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移，将
Figure 161445DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 557791DEST_PATH_IMAGE003
输入速率积分控制模式便可求解出振型角输出的实测值θ out 。
3.根据权利要求1所述的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，S1中以1kHz采样率采集1s的速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据。
4.根据权利要求2所述的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，检测电极误差包括检测增益误差G d 和检测角度误差α，其中0<G d ≤1；
速率积分陀螺在高速旋转下的实测输出数据与速率积分陀螺在高速旋转下的理想数据之间的关系，表示为：
Figure 493386DEST_PATH_IMAGE004
其中，x和y分别表示不存在增益误差和角度误差的理想状态下，速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移。
5.根据权利要求4所述的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，S3中，判断角度估计误差的幅值
Figure 607973DEST_PATH_IMAGE005
与设定值A set 之间的大小关系，其中m为角度估计误差的同相分量，n为角度估计误差的正交分量；如果
Figure 592109DEST_PATH_IMAGE006
小于设定值A set ，则认为检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；相反，如果
Figure 374120DEST_PATH_IMAGE007
大于设定值A set ，则认为检测电极误差参数辨识尚未达到预期的精度。
6.根据权利要求5所述的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，S4中，检测电极误差补偿参数包括检测增益误差补偿参数G cmp 和检测角度误差补偿参数α cmp ，对实测输出数据中的检测电极误差进行补偿，补偿关系通过以下公式表示：
Figure 215037DEST_PATH_IMAGE008
其中
Figure 20182DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 607677DEST_PATH_IMAGE010
为补偿之后的速率积分陀螺检测电极在X和Y方向的谐振子的振动位移；
若要满足以上的补偿关系，那么
Figure 244195DEST_PATH_IMAGE011
即调整检测增益误差补偿参数G cmp 和检测角度误差补偿参数α cmp ，使其满足：
Figure 256013DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 282875DEST_PATH_IMAGE013
。
7.根据权利要求6所述的速率积分陀螺检测电极误差辨识方法，其特征在于，S4中，如果
Figure 936710DEST_PATH_IMAGE014
即正交分量幅值
Figure 162155DEST_PATH_IMAGE015
大于等于同相分量幅值
Figure 548137DEST_PATH_IMAGE016
，那么认为此时增益误差占据主导，则通过减小检测增益误差补偿参数
Figure 390191DEST_PATH_IMAGE017
进而减小检测增益误差在检测电极误差中所占的比重；相反地，如果
Figure 316559DEST_PATH_IMAGE018
即正交分量幅值小于同相分量幅值，则认为此时检测角度误差占据主导，则通过减小检测角度误差补偿参数
Figure 599773DEST_PATH_IMAGE019
进而减小检测角度误差在检测电极误差中所占的比重。
8.一种速率积分陀螺检测电极误差辨识装置，其特征在于，包括：
第一模块，用于速率积分陀螺在高速旋转下存在检测电极误差的实测输出数据，获取振型角的角度估计误差，并输出给第二模块；
第二模块，用于依据角度估计误差进行组成成分分析，得到角度估计误差的同相分量和正交分量，并输出给第三模块；
第三模块，用于根据角度估计误差的同相分量和角度估计误差正交分量计算角度估计误差的幅值，基于角度估计误差的幅值判断检测电极误差参数辨识是否达到预期的精度，如检测电极误差参数辨识达到预期的精度，则结束退出；如检测电极误差参数辨识未达到预期的精度，则将角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值输出给第四模块；
第四模块，根据角度估计误差的同相分量幅值和正交分量幅值的大小关系，调节检测电极误差补偿参数，对实测输出数据中的检测电极误差进行补偿。
9.一种速率积分陀螺检测电极误差辨识系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1所述速率积分陀螺检测电极误差辨识方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述速率积分陀螺检测电极误差辨识方法的步骤。
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