CN114166242B - 一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法及系统，设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，振型的进动角的角速度随振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到误差项Err关于振型的进动角θ的拟合函数，确定拟合函数中的拟合参数；基于各个补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准，得到拟合参数随补偿系数变化的关系，根据拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准。使用最佳补偿系数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低。

Description

一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法及系统

技术领域

本发明涉及半球谐振陀螺技术领域，尤其涉及一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法及系统。

背景技术

HRG(Hemispherical Resonator Gyro，半球谐振陀螺)是一种没有高速转子和活动支承的振动陀螺，具有精度高、质量小、体积小、启动时间短、高过载、高可靠性的特点。被誉为最具潜力的哥式振动陀螺。HRG的工作原理是基于半球壳谐振子绕中心轴旋转时产生的哥氏效应，而使其振型在环向相对壳体进动的物理机制。

半球谐振陀螺工作在二阶振动模态，常采用相隔45°分布的金属电极，通过静电力对HRG的谐振子进行振动驱动，并通过检测金属电极的静电电容获取谐振子的振幅、相位等振动信息。半球谐振陀螺的电极制作或者安装不均匀，探测电路的增益不均匀、串扰等都可能造成振动信号检测误差，进而造成角度解算误差，从而引入半球谐振陀螺的零偏或标度因数随角度分布不均匀。现有公开的文献或专利中对半球谐振陀螺电极增益误差的校准方法，对半球谐振陀螺的电极增益误差抑制效果有限。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法及系统，使用最佳补偿系数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低，可以准确的校准半球谐振陀螺检测信号不均匀性

根据本发明的第一方面，提供了一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法，包括：步骤1，设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；

步骤2，使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到所述振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，所述振型的进动角的角速度随所述振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数，确定所述拟合函数中的拟合参数；

步骤3，基于各个所述补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准，得到所述拟合参数随所述补偿系数变化的关系，根据所述拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述补偿参数包括补偿系数α和补偿系数β；

所述补偿系数α的对所述两个方向的振动信号x,y的补偿校准方法为：

x′＝x；

y′＝x-αy；

所述补偿系数β的对所述两个方向的振动信号x,y的补偿校准方法为：

x′＝x；

y′＝(1+β)y；

其中，x′,y′为通过所述补偿系数α和/或补偿系数β校准后的两通道检测信号。

可选的，所述步骤3中通过补偿系数α和补偿系数β中的一个或两个对所述两个方向的振动信号x,y进行一次或多次的补偿校准。

可选的，所述步骤2还包括：

通过幅度控制将半球谐振陀螺振幅控制为预设值，通过正交控制消除正交误差，通过角度控制实现改变或维持所述振型的进动角θ的角度。

可选的，所述两个方向的振动信号为：

x＝a cosθcos(ωt)-qsinθsin(ωt)；

y＝asinθcos(ωt)+q cosθsin(ωt)；

其中，ω为半球谐振陀螺二阶振动模态的圆频率，t为时间；确定a和q的值；

所述半球谐振陀螺的幅度控制动态方程为：

所述半球谐振陀螺的正交控制动态方程为：

所述半球谐振陀螺的角度控制动态方程为：

其中， 为阻尼系数；/>为阻尼不均匀系数；θ_τ为阻尼不均匀性的取向角度；Δω为半球谐振陀螺的频率裂解；θ_ω为刚度不均匀的取向角；k_WA为全角模式下半球谐振陀螺的标度因数；Ω为陀螺旋转的角速度；f_as、f_qc和f_qs分别为控制力；

所述通过幅度控制将半球谐振陀螺振幅控制为预设值的方法为：通过对E进行PID控制获取控制力f_as的控制信号，使E控制在预设的值；

所述通过正交控制消除正交误差的方法为：通过对Q进行PID控制获取控制力f_qc的控制信号，使Q被控制到0；

所述通过角度控制实现改变或维持所述振型的进动角θ的角度的方法为：对力平衡模式，对振型的进动角θ进行PID控制，使其维持在固定位置，获得控制力f_qs，通过测量控制力f_qs获取输入角速度Ω信息；对全角模式，使控制力f_qs为0，让陀螺的角度控制处于开环状态。

可选的，所述步骤2中所述振型的进动角的角速度随着所述振型的进动角θ改变时满足：

其中，Ω为陀螺旋转的角速度；k₀为标度因数，k₁,k₂分别为标度因数的二次谐波余弦分量误差和正弦分量误差；B(θ)为半球谐振陀螺零偏。

可选的，所述步骤2中拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数为：

Err＝K₀+K₁ cos2θ+K₂ sin2θ；

K₀,K₁,K₂为所述拟合参数。

可选的，所述步骤3中当所述拟合参数K₁，K₂被抑制到0时，所对应的所述补偿参数为最佳的补偿参数。

根据本发明的第二方面，提供一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统，包括：补偿参数设置模块、拟合参数确定模块和补偿校准模块；

所述补偿参数设置模块，用于设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；

所述拟合参数确定模块，用于使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到所述振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，所述振型的进动角的角速度随所述振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数，确定所述拟合函数中的拟合参数；

所述补偿校准模块，用于基于各个所述补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准，得到所述拟合参数随所述补偿系数变化的关系，根据所述拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准。

根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机管理类程序时实现半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的步骤。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的步骤。

本发明提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法、系统、电子设备及存储介质，考虑存在着半球谐振陀螺的检测信号误差，造成半球谐振陀螺检测到的x,y信号是真实x,y信号互相混合而来，为了消除这种混合误差，引入补偿系数对x,y信号进行补偿，并计算各个补偿系数对x,y信号进行补偿后对应的误差项中关于振型的进动角的系数参数，确定系数参数为0时的补偿系数即为最佳补偿参数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低，可以准确的校准半球谐振陀螺检测信号不均匀性；补偿参数可以设置为不止一个的补偿系数，对一个信号进行正向和反向补偿，不同补偿系数进行累加或单独使用，更容易找到最佳补偿系数。

附图说明

图1为本发明提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的流程图；

图2为本发明一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统的结构图；

图3为本发明提供的一种可能的电子设备的硬件结构示意图；

图4为本发明提供的一种可能的计算机可读存储介质的硬件结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的流程图，由图1可知，该校准方法包括：

步骤1，设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；

在一种可能的实施例中，两个方向的振动信号为：

x＝a cosθcos(ωt)-qsinθsin(ωt)；

y＝asinθcos(ωt)+q cosθsin(ωt)；

其中，ω为半球谐振陀螺二阶振动模态的圆频率，t为时间；确定a和q的值。

补偿参数包括补偿系数α和补偿系数β。

补偿系数α的对两个方向的振动信号x,y的补偿校准方法为：

x′＝x；

y′＝x-αy；

补偿系数β的对两个方向的振动信号x,y的补偿校准方法为：

x′＝x；

y′＝(1+β)y；

其中，x′,y′为通过补偿系数α和/或补偿系数β校准后的两通道检测信号。

步骤2，使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，振型的进动角的角速度随振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到误差项Err关于振型的进动角θ的拟合函数，确定拟合函数中的拟合参数。

Err＝f₁(θ)-f₂(θ)。

在一种可能的实施例中，步骤2还包括：

通过幅度控制将半球谐振陀螺振幅控制为预设值，通过正交控制消除正交误差，通过角度控制实现改变或维持振型的进动角θ的角度。

具体的，可以通过半球谐振陀螺角度控制或者让半球谐振陀螺绕其敏感轴匀速转动，使振型的进动角θ匀速改变。

具体的，半球谐振陀螺的幅度控制动态方程为：

半球谐振陀螺的正交控制动态方程为：

半球谐振陀螺的角度控制动态方程为：

其中， 为阻尼系数；/>为阻尼不均匀系数；θ_τ为阻尼不均匀性的取向角度；Δω为半球谐振陀螺的频率裂解；θ_ω为刚度不均匀的取向角；k_WA为；Ω为陀螺旋转的角速度；f_as、f_qc和f_qs分别为控制力。

通过幅度控制将半球谐振陀螺振幅控制为预设值的方法为：通过对E进行PID控制获取控制力f_as的控制信号，使E控制在预设的值。

通过正交控制消除正交误差的方法为：通过对Q进行PID控制获取控制力f_qc的控制信号，使Q被控制到0。

通过角度控制实现改变或维持振型的进动角θ的角度的方法为：对力平衡模式，对振型的进动角θ进行PID控制，使其维持在固定位置，获得控制力f_qs，通过测量控制力f_qs获取输入角速度Ω信息；对全角模式，使控制力f_qs为0，让陀螺的角度控制处于开环状态。

在一种可能的实施例中，步骤2中振型的进动角的角速度随着振型的进动角θ改变时满足：

其中，Ω为陀螺旋转的角速度，其取决于角度控制的控制力大小，或者陀螺转动角速度大小；k₀为标度因数，k₁,k₂分别为标度因数的二次谐波余弦分量误差和正弦分量误差；B(θ)为半球谐振陀螺零偏，其也随着θ的变化而变化，但不随输入角速度Ω变化。

在一种可能的实施例中，步骤2中拟合得到误差项Err关于振型的进动角θ的拟合函数为：

Err＝K₀+K₁ cos2θ+K₂ sin2θ；

K₀,K₁,K₂为拟合参数。

具体实施中，可以通过合适的数学方法，例如快速傅里叶变换或者最小二乘法，得到拟合参数K₀,K₁,K₂的测量拟合值。

步骤3，基于各个补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准，得到拟合参数随补偿系数变化的关系，根据拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准。

在一种可能的实施例中，步骤3中通过补偿系数α和补偿系数β中的一个或两个对两个方向的振动信号x,y进行一次或多次的补偿校准。

两个补偿系数α、β分别表征两种检测增益误差源，步骤3中改变两个补偿系数α、β对半球谐振陀螺两个方向的振动信号进行校准时，补偿参数α,β的补偿顺序可以互换，也可以单独只对α,β之一进行补偿，也可以针对α,β或其中之一进行多次补偿。上述方法对α,β的值远小于1(特别是小于0.1)的情形特别有利。

步骤3中通过改变α和β的数值，测试测量拟合值K₁，K₂，可以得到K₁，K₂随α和β的变化关系。

在一种可能的实施例中，步骤3中当拟合参数K₁，K₂被抑制到0时，所对应的补偿参数为最佳的补偿参数。即所对应的补偿系数α和β即为最佳补偿参数，使用该最佳补偿参数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低。

提供一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法及系统，使用最佳补偿系数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低，可以准确的校准半球谐振陀螺检测信号不均匀性。

实施例1

本发明提供的实施例1为本发明提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的实施例，结合图1可知，该实施例中，半球谐振陀螺可用二维谐振子模型的数学物理方程描述，该方程可以等价为幅度控制动态方程、正交控制动态方程、角度控制动态方程、相位控制动态方程四个方程组，该校准方法的实施例包括：

半球谐振陀螺运动方程可以用如下二维谐振子模型表述：

其中x和y分别是半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号，而f_x，f_y为上述两个方向(或者其等效方向)上施加的控制力。k为全角模式标度因数，Ω为陀螺旋转的角速度，为阻尼系数，/>为阻尼不均匀系数，θ_τ为阻尼不均匀性的取向角度，ω为半球谐振陀螺二阶振动模态的圆频率，Δω为半球谐振陀螺的频率裂解，θ_ω为刚度不均匀的取向角，θ为振型的进动角。x和y具有如下形式：

x＝a cosθcos(ωt)-qsinθsin(ωt)

y＝asinθcos(ωt)+q cosθsin(ωt)

在以x和y信号张成的空间中，上述方程是一个椭圆。a为椭圆的长轴，q为椭圆的短轴。

对x和y进行乘法解调，得到四个变量：

c_x＝LPF(x×cos(ωt+φ))

s_x＝LPF(x×sin(ωt+φ))

c_y＝LPF(y×cos(ωt+φ))

s_y＝LPF(y×sin(ωt+φ))

得到

构造五个中间变量：

振型的进动角θ可以用如下公式得到：

tan 2θ＝S/R

由此可以得到幅度控制动态方程、正交控制动态方程、角度控制动态方程和相位控制动态方程分别为：

其中，和/>分别为E、Q、θ和φ对时间的导数，k_WA为全角模式下半球谐振陀螺的标度因数。f_ac和f_as为半球谐振陀螺振动模态椭圆长轴方向力的同相和正交分量，f_qc和f_qs为半球谐振陀螺振动模态椭圆短轴方向力的同相和正交分量；通过对E进行PID控制可以获取控制力f_as的控制信号，使E控制在预设的值E₀。通过对Q进行PID控制可以获取控制力f_qc的控制信号，使Q被控制到0。对力平衡模式，对θ进行PID控制，使其维持在固定位置，可以获得控制力f_qs，通过测量f_qs获取输入角速度Ω信息；对全角模式，可以让f_qs为0，让陀螺的角度控制处于开环状态，也可以认为施加f_qs，控制进动角按照预设的方式改变。

在x和y电极上加的力为：

f_x＝f_as cosθsin(ωt+φ)-f_qcsinθcos(ωt+φ)-f_qssinθsin(ωt+φ)

f_y＝f_assinθsin(ωt+φ)+f_qccosθcos(ωt+φ)+f_qs cosθsin(ωt+φ)

依据上述模型进行控制时，存在着半球谐振陀螺的检测信号误差，例如半球谐振陀螺的电极位置由于电极制作工艺原因，正好相隔45°，由此会造成半球谐振陀螺检测到的x,y信号是真实x,y信号互相混合而来，为了消除这种混合误差，需要引入补偿系数α，其作用方法为：

x′＝x

y′＝x-αy

其中，x,y为经过α参数校准前的半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号，x′,y′为通过参数α校准后的半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号。

半球谐振陀螺电极间隙不均匀，或者半球谐振陀螺检测电路对x,y增益不一致，都会造成控制电路识别的x,y信号与真实的x,y信号不一致，为了消除这种增益误差，需要引入补偿系数β，其作用方法为：

x′＝x

y′＝(1+β)y

其中,x,y为经过β参数校准前的半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号，x′,y′为通过参数β校准后的半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号。

为了获取最佳α,β系数，本发明提供了如下方法：通过半球谐振陀螺角度控制，或者让半球谐振陀螺绕其敏感轴匀速转动，让半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变。振型的进动角的角速度随着角度改变，其满足如下方程：

其中Ω为陀螺旋转的角速度，其取决于角度控制的控制力大小，或者陀螺转动角速度大小。k₀为标度因数，k₁,k₂为标度因数的二次谐波余弦分量误差和正弦分量误差。B(θ)为半球谐振陀螺零偏，其也随着θ的变化而变化，但不随输入角速度Ω变化。当振型的进动角顺时针转动时，可以检测到随θ的变化关系为f₁(θ),当振型的进动角逆时针转动时，可以检测到/>随θ的变化关系为f₂(θ)。计算误差项：

Err＝f₁(θ)-f₂(θ)

将测量得到的误差项可以写成如下形式

Err＝K₀+K₁ cos2θ+K₂ sin2θ

通过合适的数学方法，例如快速傅里叶变换或者最小二乘法，得到参数K₀,K₁,K₂的测量拟合值。

改变α和β的数值，测试测量拟合值K₁，K₂，可以得到K₁，K₂随α和β的变化关系。当K₁，K₂被抑制到0时，所对应的α和β即为最佳补偿系数。使用最佳补偿系数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低。

当选取x信号对应的电极方向对应的振型的进动角规定θ＝0°方向时，本方法将特别有利：当改变α时，K₂将发生改变，而K₁将保持不变，当K₂被抑制为0时，所对应的α参数即为最佳值；当改变β时，K₁将发生改变，而K₂将保持不变，当K₁被抑制为0时，所对应的β参数即为最佳值。

实施例2

本发明提供的实施例2为本发明提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统的实施例，图2为本发明实施例提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统结构图，结合图2可知，该实施例包括：补偿参数设置模块、拟合参数确定模块和补偿校准模块。

补偿参数设置模块，用于设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数。

拟合参数确定模块，用于使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，振型的进动角的角速度随振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到误差项Err关于振型的进动角θ的拟合函数，确定拟合函数中的拟合参数。

补偿校准模块，用于基于各个补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准，得到拟合参数随补偿系数变化的关系，根据拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准。

可以理解的是，本发明提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统与前述各实施例提供的半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法相对应，半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统的相关技术特征可参考半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的相关技术特征，在此不再赘述。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的电子设备的实施例示意图。如图3所示，本发明实施例提了一种电子设备，包括存储器1310、处理器1320及存储在存储器1310上并可在处理器1320上运行的计算机程序1311，处理器1320执行计算机程序1311时实现以下步骤：设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，振型的进动角的角速度随振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到误差项Err关于振型的进动角θ的拟合函数，确定拟合函数中的拟合参数；基于各个补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准，得到拟合参数随补偿系数变化的关系，根据拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准。

请参阅图4，图4为本发明提供的一种计算机可读存储介质的实施例示意图。如图4所示，本实施例提供了一种计算机可读存储介质1400，其上存储有计算机程序1411，该计算机程序1411被处理器执行时实现如下步骤：设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，振型的进动角的角速度随振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到误差项Err关于振型的进动角θ的拟合函数，确定拟合函数中的拟合参数；基于各个补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准，得到拟合参数随补偿系数变化的关系，根据拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对两个方向的振动信号进行补偿校准。

本发明实施例提供的一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法、系统及存储介质，考虑存在着半球谐振陀螺的检测信号误差，造成半球谐振陀螺检测到的x,y信号是真实x,y信号互相混合而来，为了消除这种混合误差，引入补偿系数对x,y信号进行补偿，并计算各个补偿系数对x,y信号进行补偿后对应的误差项中关于振型的进动角的系数参数，确定系数参数为0时的补偿系数即为最佳补偿参数，可以将标度因数随角度的不均匀分布抑制到最低，可以准确的校准半球谐振陀螺检测信号不均匀性；补偿参数可以设置为不止一个的补偿系数，对一个信号进行正向和反向补偿，不同补偿系数进行累加或单独使用，更容易找到最佳补偿系数。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括：

步骤1，设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；

步骤2，使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到所述振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，所述振型的进动角的角速度随所述振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数，确定所述拟合函数中的拟合参数；

步骤3，基于各个所述补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准，得到所述拟合参数随补偿系数变化的关系，根据所述拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准；

所述补偿参数包括补偿系数α和补偿系数β；

所述补偿系数α的对所述两个方向的振动信号x,y的补偿校准方法为：

x′＝x；

y′＝x-αy；

所述补偿系数β的对所述两个方向的振动信号x,y的补偿校准方法为：

x′＝x；

y′＝(1+β)y；

其中，x′,y′为通过所述补偿系数α和/或补偿系数β校准后的两通道检测信号；

所述步骤2中所述振型的进动角的角速度随着所述振型的进动角θ改变时满足：

其中，Ω为陀螺旋转的角速度；k₀为标度因数，k₁,k₂分别为标度因数的二次谐波余弦分量误差和正弦分量误差；B(θ)为半球谐振陀螺零偏；

所述步骤2中拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数为：

Err＝K₀+K₁ cos 2θ+K₂ sin 2θ；

K₀,K₁,K₂为所述拟合参数；

所述步骤3中当所述拟合参数K₁，K₂被抑制到0时，所对应的所述补偿参数为最佳的补偿参数。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述步骤3中通过补偿系数α和补偿系数β中的一个或两个对所述两个方向的振动信号x,y进行一次或多次的补偿校准。

3.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述步骤2还包括：

通过幅度控制将半球谐振陀螺振幅控制为预设值，通过正交控制消除正交误差，通过角度控制实现改变或维持所述振型的进动角θ的角度。

4.根据权利要求1所述的校准方法，其特征在于，所述两个方向的振动信号为：

x＝a cosθcos(ωt)-qsinθsin(ωt)；

y＝asinθcos(ωt)+q cosθsin(ωt)；

其中，ω为半球谐振陀螺二阶振动模态的圆频率，t为时间；确定a和q的值；

所述半球谐振陀螺的幅度控制动态方程为：

所述半球谐振陀螺的正交控制动态方程为：

所述半球谐振陀螺的角度控制动态方程为：

其中， 为阻尼系数；/>为阻尼不均匀系数；θ_τ为阻尼不均匀性的取向角度；Δω为半球谐振陀螺的频率裂解；θ_ω为刚度不均匀的取向角；k_WA为全角模式下半球谐振陀螺的标度因数；Ω为陀螺旋转的角速度；f_as、f_qc和f_qs分别为控制力；

所述通过幅度控制将半球谐振陀螺振幅控制为预设值的方法为：通过对E进行PID控制获取控制力f_as的控制信号，使E控制在预设的值；

所述通过正交控制消除正交误差的方法为：通过对Q进行PID控制获取控制力f_qc的控制信号，使Q被控制到0；

所述通过角度控制实现改变或维持所述振型的进动角θ的角度的方法为：对力平衡模式，对振型的进动角θ进行PID控制，使其维持在固定位置，获得控制力f_qs，通过测量控制力f_qs获取输入角速度Ω信息；对全角模式，使控制力f_qs为0，让陀螺的角度控制处于开环状态。

5.一种半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准系统，其特征在于，包括：补偿参数设置模块、拟合参数确定模块和补偿校准模块；

所述补偿参数设置模块，用于设置半球谐振陀螺相差45°的两个方向的振动信号的补偿参数；

所述拟合参数确定模块，用于使半球谐振陀螺振型的进动角θ匀速改变，分别检测得到所述振型的进动角θ顺时针和逆时针转动时，所述振型的进动角的角速度随所述振型的进动角θ的变化关系f₁(θ)和f₂(θ)，计算f₁(θ)和f₂(θ)的差为误差项Err，拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数，确定所述拟合函数中的拟合参数；

所述补偿校准模块，用于基于各个所述补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准，得到所述拟合参数随所述补偿系数变化的关系，根据所述拟合参数的值得到最佳的补偿参数，使用该最佳的补偿参数对所述两个方向的振动信号进行补偿校准；

所述拟合参数确定模块中所述振型的进动角的角速度随着所述振型的进动角θ改变时满足：

其中，Ω为陀螺旋转的角速度；k₀为标度因数，k₁,k₂分别为标度因数的二次谐波余弦分量误差和正弦分量误差；B(θ)为半球谐振陀螺零偏；

所述拟合参数确定模块中拟合得到所述误差项Err关于所述振型的进动角θ的拟合函数为：

Err＝K₀+K₁ cos 2θ+K₂ sin 2θ；

K₀,K₁,K₂为所述拟合参数；

所述补偿校准模块中当所述拟合参数K₁，K₂被抑制到0时，所对应的所述补偿参数为最佳的补偿参数。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现如权利要求1-4任一项所述的半球谐振陀螺检测信号不均匀性的校准方法的步骤。