JP2016156810A - コリオリ振動ジャイロスコープシステムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差の軽減 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (20)
- センサシステムとジャイロスコープコントローラとを備えるコリオリ振動ジャイロスコープ(CVG)システムであって、
前記センサシステムは複数の電極を備え、前記複数の電極は、前記複数の電極のうちの第1のセットに印加される駆動軸フォーサ信号と前記複数の電極のうちの第2のセットに印加される感知軸フォースリバランス信号とに基づいて、共振器に略周期的運動を静電的に強制するように、かつ、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給するように構成されており、
前記ジャイロスコープコントローラは、前記駆動軸ピックオフ信号に基づいて前記駆動軸フォーサ信号を生成するように、かつ、前記感知軸フォースリバランス信号に基づいて、入力軸を中心とした前記CVGシステムの角回転速度を算出するように構成されており、前記ジャイロスコープコントローラはさらに、所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号上に変調するように、かつ、前記感知軸フォースリバランス信号における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の変調位相を制御してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成されている、コリオリ振動ジャイロスコープシステム。 - 前記ジャイロスコープコントローラはさらに、前記共振器に関連する共振周波数と略等しい第1の周波数で前記駆動軸フォーサ信号および前記感知軸フォースリバランス信号を供給するように構成され、前記ジャイロスコープコントローラは、前記感知軸ピックオフ信号を復調して速度中間信号および直交位相中間信号を生成するように構成された復調器を備え、前記ジャイロスコープコントローラはさらに、前記第1の周波数で前記速度中間信号および直交位相中間信号を変調するように、かつ、前記速度中間信号および直交位相中間信号を結合して前記感知軸フォースリバランス信号を生成するように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記中間信号は直交位相成分および速度成分を含み、前記ジャイロスコープコントローラは信号発生器を備え、前記信号発生器は、正弦信号を用いて前記直交位相成分を変調して第1の信号成分を生成するように、かつ、余弦信号を用いて前記速度成分を変調して第2の信号成分を生成するように、かつ、前記第1の信号成分および第2の信号成分を合計して前記感知軸フォースリバランス信号を生成するように構成されている、請求項2に記載のシステム。
- 前記ジャイロスコープコントローラは、前記所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分へと振幅変調するように構成されている、請求項3に記載のシステム。
- 前記感知軸フォースリバランス信号は、前記入力軸を中心としたCVGシステムの前記角回転速度および前記バイアスをフォースリバランスするように構成された速度成分と、直交位相効果に応答して前記共振器をフォースリバランスするように構成された直交位相成分とを含み、前記所定の外乱信号成分は前記直交位相成分上に変調される、請求項1に記載のシステム。
- 前記ジャイロスコープコントローラは、
前記感知軸ピックオフ信号を復調して前記所定の外乱信号成分を検出するように構成された復調器と、
前記感知軸フォースリバランス信号の速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に応答して前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を調節して、直交位相フォースリバランス信号および速度フォースリバランス信号のクロスカップリングによるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラと
を備える、請求項5に記載のシステム。 - 前記復調器は、
第1の周波数で前記感知軸ピックオフ信号を復調して前記角回転速度に対応する中間信号を生成するように構成された第1の復調器と、
第2の周波数で前記中間信号を復調して前記所定の外乱信号成分を検出するように構成された第2の復調器と
を備える、請求項6に記載のシステム。 - 前記位相コントローラは、復調された前記中間信号の大きさおよび極性に基づいて前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を徐々に調節するように構成されている、請求項7に記載のシステム。
- 前記複数の電極は、
前記共振器の周期的運動を維持するように構成された第1セットの電極と、
直交位相効果、バイアス、および前記入力軸を中心とした前記CVGシステムの回転速度を実質的に測定するように構成された第2セットの電極と
を備える、請求項1に記載のシステム。 - 前記第1セットの電極は、
前記駆動軸フォーサ信号に基づいて静電力を生成して、前記共振器に前記略周期的運動を静電的に強制するように構成されて対向配置されている一対の駆動軸フォーサ電極と、
前記駆動軸フォーサ電極に直交に配置され、前記駆動軸ピックオフ信号を生成するように構成されて対向配置されている一対の駆動ピックオフ電極と
を備え、
前記第2セットの電極は、
前記駆動軸フォーサ電極に対して45°に配置され、前記感知軸フォースリバランス信号に基づいて静電力を生成して、直交位相効果、バイアス、および前記角回転速度に基づいて前記略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスするように構成されて対向配置されている一対の感知軸フォーサ電極と、
前記感知軸フォーサ電極に直交に配置され、前記感知軸ピックオフ信号を生成するように構成されて対向配置されている一対の直交位相ピックオフ電極と
を備える、請求項9に記載のシステム。 - コリオリ振動ジャイロスコープ(CVG)システムにおけるバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減する方法であって、
第1セットの電極を介して供給される駆動軸ピックオフ信号に基づいて駆動軸フォーサ信号を生成する工程と、
前記駆動軸フォーサ信号を前記第1セットの電極に供給して、共振器に略周期的運動を静電的に強制する工程と、
第2セットの電極を介して供給される感知軸ピックオフ信号に基づいて、直交位相成分、バイアス成分、速度成分、および所定の外乱信号成分を含んだ感知軸フォースリバランス信号を生成する工程と、
前記感知軸フォースリバランス信号を前記第2セットの電極に供給して、前記CVGシステムの直交位相効果、バイアス、および角回転に基づいて前記略周期的運動の変形を静電的にフォースリバランスする工程と、
前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて前記CVGの入力軸を中心とした角回転速度を判定する工程と、
前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を制御する工程と
を含む、方法。 - 前記駆動軸フォーサ信号を生成する工程および前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程は、前記共振器に関連する共振周波数と略等しい第1の周波数で前記第1の感知軸フォースリバランス信号を生成する工程を含み、前記方法は、前記第1の周波数よりも低い第2の周波数で前記所定の外乱信号成分を生成する工程を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程は、
前記感知軸ピックオフ信号を復調して、直交位相成分、速度成分、およびバイアス成分を含む中間信号を生成する工程と、
前記所定の外乱信号成分を前記直交位相成分上に振幅変調して、変更された直交位相成分を生成する工程と、
前記変更された直交位相成分および前記速度成分を変調して前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程と
を含む、請求項11に記載の方法。 - 前記変更された直交位相成分および前記速度成分を変調する工程は、
前記変更された直交位相成分を正弦信号を用いて変調して第1の信号成分を生成する工程と、
前記速度成分を余弦信号を用いて変調して第2の信号成分を生成する工程と、
前記第1の信号成分および第2の信号成分を合計して前記感知軸フォースリバランス信号を生成する工程と
を含む、請求項13に記載の方法。 - 前記感知軸ピックオフ信号を復調する工程は、第1の周波数で前記感知軸ピックオフ信号を復調して前記中間信号を生成する工程を含み、前記速度成分は、前記バイアスおよび角回転速度に対応する振幅を有し、前記方法はさらに、
第2の周波数で前記速度成分を復調して前記所定の外乱信号成分の存在を検出する工程と、
復調された前記中間信号の大きさおよび極性に基づいて前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を徐々に調節する工程と、
復調された前記中間速度信号における前記所定の外乱信号成分が検出されないことに応答して前記直交位相成分および前記速度成分の変調位相を維持する工程と
を含む、請求項13に記載の方法。 - 前記方法は、
対向配置されている一対の駆動ピックオフ電極を介して前記駆動軸ピックオフ信号を受信する工程と、
前記駆動ピックオフ電極に対して45°に配置されて対向配置されている一対の感知軸ピックオフ電極を介して前記感知軸ピックオフ信号を受信する工程と
をさらに含み、
前記駆動軸フォーサ信号を供給する工程は、前記駆動軸ピックオフ電極に対して90°に配置されて対向配置されている一対の駆動軸フォーサ電極に前記駆動軸フォーサ信号を供給する工程を含み、
前記感知軸フォースリバランス信号を供給する工程は、前記感知軸ピックオフ電極に対して直交に配置されて対向配置されている一対の感知軸フォースリバランス電極に前記感知軸フォースリバランス信号を供給する工程を含む、請求項11に記載の方法。 - センサシステムとジャイロスコープコントローラとを備えるコリオリ振動ジャイロスコープ(CVG)システムであって、
前記センサシステムは複数の電極を備え、前記複数の電極は、駆動軸フォーサ信号および感知軸フォースリバランス信号に基づいて共振器に略周期的運動を静電的に強制するように構成されており、前記感知軸フォースリバランス信号は、バイアス成分、速度成分、および直交位相成分を含み、感知軸ピックオフ信号および駆動軸ピックオフ信号を供給するように構成されており、
前記ジャイロスコープコントローラは、
第1の周波数で前記駆動軸フォーサ信号および前記感知軸フォースリバランス信号をそれぞれ生成するとともに、前記第1の周波数よりも低い第2の周波数で所定の外乱信号成分を生成するように、かつ、前記所定の外乱信号成分を前記感知軸フォースリバランス信号の前記直交位相成分上に変調するように構成された信号発生器と、
前記感知軸ピックオフ信号および前記駆動軸ピックオフ信号を復調するように構成された少なくとも1つの復調器と、
前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分に基づいて、入力軸を中心とした前記CVGシステムの角回転速度を算出するように構成されたプロセッサと、
前記感知軸フォースリバランス信号の復調された前記速度成分における前記所定の外乱信号成分の検出に基づいて、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相誤差を検出するように、かつ、前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相を調節してバイアスおよびスケールファクター誤差を実質的に軽減するように構成された位相コントローラと
を備える、コリオリ振動ジャイロスコープシステム。 - 前記位相コントローラは、前記感知軸フォースリバランス信号の復調された前記速度成分における前記所定の外乱信号成分を検出しないことに応答して、前記感知軸フォースリバランス信号の前記速度成分および前記直交位相成分の変調位相を維持する、請求項17に記載のシステム。
- 前記少なくとも1つの復調器は、
第1の周波数で前記感知軸ピックオフ信号を復調して、速度成分および直交位相成分を含む中間信号を生成するように構成された第1の復調器であって、前記速度成分はバイアスおよび前記角回転速度に対応する振幅を有することと、
第2の周波数で前記速度成分を復調して前記所定の外乱信号成分を検出するように構成された第2の復調器と
を備える、請求項17に記載のシステム。 - 前記位相コントローラは、前記直交位相成分および前記速度成分を徐々に調節するように構成されている、請求項19に記載のシステム。
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