KR100846481B1 - Signal processing apparatus for a vibratory gyroscope with high SNR and method thereof - Google Patents

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Abstract

진동형 자이로스코프의 저잡음 신호 처리 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치는, 자기 발진부, 위상제어부, 신호복조부 및 각속도신호생성부를 포함한다. 자기 발진부는 진동형 자이로스코프의 수평 변위 신호를 입력으로 하여, 상기 수평 변위 신호와 수평 자기 발진각만큼 위상차가 나는 구동신호를 생성하며, 위상제어부는 상기 구동신호와 제 1 복조위상만큼 위상차가 나는 제 1 복조위상신호 및 상기 구동신호와 제 2 복조위상만큼 위상차가 나는 제 2 복조위상신호를 생성하며, 신호복조부는 상기 자이로스코프의 수직 변위 신호와 상기 제 1 복조위상신호에 따라 복조된 제 1 복조 신호 및 상기 수직 변위 신호와 상기 제 2 복조위상신호에 따라 복조된 제 2 복조 신호를 생성하며, 각속도신호생성부는 상기 제 1 복조 신호와 상기 제 2 복조 신호를 입력으로 하여, 상기 자이로스코프의 입력 각속도에 비례하는 각속도 신호를 생성한다. 복조위상각의 차이를 가지는 2개의 복조위상신호를 생성하여 그 차분으로 각속도 신호를 생성함으로써, 수직 변위 신호와 같은 주파수 대역의 잡음 성분, 즉 구동 신호와 복조위상신호 등에 의한 잡음 성분을 효과적으로 제거하여 신호 대 잡음비(SNR)를 최대로 할 수 있다.Disclosed is a low noise signal processing apparatus and method for a vibratory gyroscope. The signal processing apparatus of the vibration type gyroscope according to the present invention includes a self oscillation unit, a phase control unit, a signal demodulation unit, and an angular velocity signal generation unit. The self oscillation unit receives a horizontal displacement signal of a vibratory gyroscope and generates a drive signal that is out of phase with the horizontal displacement signal by a horizontal self-oscillation angle, and the phase controller controls a phase difference between the drive signal and the first demodulation phase. A first demodulation phase signal and a second demodulation phase signal that is out of phase with the driving signal and a second demodulation phase, and the signal demodulation unit demodulates the demodulation signal according to the vertical displacement signal of the gyroscope and the first demodulation phase signal; A second demodulated signal demodulated according to the signal and the vertical displacement signal and the second demodulated phase signal, and the angular velocity signal generation unit receives the first demodulated signal and the second demodulated signal as inputs of the gyroscope. Generate an angular velocity signal proportional to the angular velocity. By generating two demodulation phase signals with a difference in demodulation phase angle and generating an angular velocity signal with the difference, the noise components of the same frequency band as the vertical displacement signal, that is, the noise components due to the driving signal and the demodulation phase signal, etc. are effectively removed. The signal-to-noise ratio (SNR) can be maximized.

Description

진동형 자이로스코프의 저잡음 신호 처리 장치 및 방법{Signal processing apparatus for a vibratory gyroscope with high SNR and method thereof}Signal processing apparatus for a vibratory gyroscope with high SNR and method

도 1은 종래의 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing a signal processing apparatus of a conventional vibration type gyroscope.

도 2는 진동형 자이로스코프의 개념도이다.2 is a conceptual diagram of a vibratory gyroscope.

도 3a 및 도 3b는 진동형 자이로스코프의 주파수 공진 특성을 나타내는 그래프이다.3A and 3B are graphs showing frequency resonance characteristics of a vibrating gyroscope.

도 4는 진동형 자이로스코프의 용량 모델을 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram illustrating a capacitance model of a vibratory gyroscope.

도 5는 본 발명에 따른 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다.5 is a block diagram showing an embodiment of a signal processing apparatus of a vibrating gyroscope according to the present invention.

도 6(a) 내지 도 6(e)는 종래의 신호 처리 장치와 본 발명에 따른 신호 처리 장치를 비교하기 위한 모의 실험 수행의 결과로 얻어진 신호의 파형도이다.6 (a) to 6 (e) are waveform diagrams of signals obtained as a result of simulation performed for comparing the conventional signal processing apparatus with the signal processing apparatus according to the present invention.

본 발명은 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 잡음에 의한 바이어스 성분을 줄이기 위한 저잡음 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것 이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing apparatus of a vibration type gyroscope, and more particularly, to a low noise signal processing apparatus and method for reducing a bias component caused by noise.

일반적으로, 자이로스코프는 회전체의 특성을 이용한 각속도 측정 장치로 알려져 있다. 그런데, 종래의 회전형 자이로스코프는 부피가 크고, 고정밀도를 위한 가격이 높으며, 충격과 진동에 쉽게 손상되는 단점을 가지므로, 부피가 작고 저가인 진동형 자이로스코프가 많이 이용되고 있다. In general, a gyroscope is known as an angular velocity measuring device using the characteristics of a rotating body. By the way, the conventional rotary gyroscope is bulky, high price for high precision, and has the disadvantage of being easily damaged by shock and vibration, a small volume and low-cost vibration type gyroscope is widely used.

도 1은 진동형 자이로스코프를 위한 종래의 신호 처리 장치를 나타낸 블록도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 1에 진동형 자이로스코프(100)와 자이로스코프의 용량 신호 CY, CZ를 전압신호로 변환하는 용량/전압 변환기(110 및 120, 이하 C/V 변환기라 한다)를 함께 도시하였다. 1 is a block diagram showing a conventional signal processing apparatus for a vibratory gyroscope. For convenience of description, in FIG. 1, capacitance / voltage converters 110 and 120 (hereinafter referred to as C / V converters) for converting the vibratory gyroscope 100 and the capacitance signals C Y and C Z of the gyroscope into voltage signals are shown. Shown together.

도 1을 참조하면, 신호 처리 장치는 자기발진부(200) 및 복조부(210)로 구성된다. 자기발진부(200)는 자이로스코프의 수평 변위 용량 CY를 C/V 변환한 수평 변위 신호 Vcy로부터 구동 신호 VD를 생성한다. 복조부(210)는 자이로스코프의 수직 변위 용량 CZ를 C/V 변환한 수직 변위 신호 Vcz를 복조하여 각속도신호 VR를 생성한다. 이상적인 경우, 자기 발진부(200)의 수평 자기 발진각이 π/2 라디안일 때, 각속도 신호 VR는 자이로스코프에 가해지는 입력 각속도 신호 Ωx를 추종하게 된다. Referring to FIG. 1, the signal processing device includes a self oscillator 200 and a demodulator 210. The self oscillator 200 generates a drive signal V D from the horizontal displacement signal Vc y obtained by C / V conversion of the horizontal displacement capacitance C Y of the gyroscope. The demodulator 210 demodulates the vertical displacement signal Vc z obtained by C / V conversion of the vertical displacement capacitance C Z of the gyroscope to generate an angular velocity signal V R. Ideally, when the horizontal self oscillation angle of the self oscillator 200 is π / 2 radians, the angular velocity signal V R follows the input angular velocity signal Ω x applied to the gyroscope.

그러나, 다양한 기생 용량이 존재하기 때문에 실제 신호에는 여러 잡음이 섞이게 된다. 이 중 주요한 잡음원으로서 구동 신호 VD에 의한 잡음(31)과 자기 발진부(200)에서 발생된 신호들에 의한 잡음(32)이 있다. 이 잡음들은 그 주파수 대역 이 수직 변위 신호 Vcz의 주파수 대역과 비슷하여 대역 필터링으로 제거가 불가능하며, 최종 출력인 각속도 신호 VR에 영향을 미치게 된다. 이러한 잡음의 결과로 각속도 신호 VR에 나타나는 신호는, 일정한 직류 바이어스 성분으로 나타나게 되므로, 이를 영변화율출력(zero rate output, ZRO)이라고 한다. 또한 이러한 바이어스 성분은 시간 변화에 따라 특성이 달라지는 드리프트의 주원인이 된다. 즉 잡음이 존재하는 경우, 각속도 신호 VR는 순수한 각속도 신호 성분과 ZRO의 합으로 나타나게 되므로, 순수한 각속도 신호만을 얻을 수가 없으며, 시간 변화에 따라 특성이 달라지는 드리프트가 발생하는 문제점이 있다.However, due to the presence of various parasitic capacitances, the actual signal is mixed with various noises. The main noise sources are noise 31 caused by the driving signal V D and noise 32 caused by signals generated by the self oscillator 200. These noises cannot be removed by band filtering because their frequency bands are similar to those of the vertical displacement signal Vc z and affect the final output angular velocity signal V R. As a result of the noise, the signal appearing in the angular velocity signal V R is represented by a constant DC bias component, and thus it is called a zero rate output (ZRO). In addition, such a bias component is a main cause of the drift, which changes in characteristics with time. That is, in the presence of noise, since the angular velocity signal V R is represented by the sum of the pure angular velocity signal component and ZRO, the pure angular velocity signal cannot be obtained only, and there is a problem in that a drift occurs in which characteristics vary with time.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 진동형 자이로스코프의 신호 처리에 있어 잡음, 특히 수직 변위 신호와 같은 주파수 대역의 잡음을 제거하여, 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 가진 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a signal processing apparatus and method of a vibrating gyroscope having a high signal-to-noise ratio (SNR) by removing noise, particularly noise in a frequency band such as a vertical displacement signal, in a signal processing of a vibrating gyroscope. To provide.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치는, 자이로스코프의 수평 변위 신호를 입력으로 하여, 수평 변위 신호와 수평 자기 발진각만큼 위상차가 나는 구동신호를 생성하는 자기 발진부, 구동신호와 제 1 복조위상만큼 위상차가 나는 제 1 복조위상신호 및 구동신호와 제 2 복조위상만큼 위상차가 나는 제 2 복조위상신호를 생성하는 위상제어부, 자이로스코 프의 수직 변위 신호와 제 1 복조위상신호에 따라 복조된 제 1 복조 신호 및 수직 변위 신호와 제 2 복조위상신호에 따라 복조된 제 2 복조 신호를 생성하는 신호복조부 및 제 1 복조 신호와 제 2 복조 신호를 입력으로 하여, 자이로스코프의 입력 각속도에 비례하는 각속도 신호를 생성하는 각속도신호생성부를 포함하는 것이 바람직하다. The oscillation gyroscope signal processing apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem is a self-oscillating unit for generating a drive signal having a phase difference by the horizontal displacement signal and the horizontal magnetic oscillation angle by inputting the horizontal displacement signal of the gyroscope, A phase control unit for generating a first demodulation phase signal out of phase with the drive signal and a first demodulation phase and a second demodulation phase signal out of phase with the drive signal and the second demodulation phase, a vertical displacement signal of the gyroscope and a first demodulation A gyroscope using a signal demodulator and a first demodulated signal and a second demodulated signal for generating a first demodulated signal demodulated according to a phase signal and a second demodulated signal demodulated according to a vertical displacement signal and a second demodulated phase signal; Preferably it includes an angular velocity signal generation unit for generating an angular velocity signal proportional to the input angular velocity.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법은, 자이로스코프의 수평 변위 신호와 수평 자기 발진각만큼 위상차가 나는 구동신호를 생성하는 단계, 구동신호와 제 1 복조위상만큼 위상차가 나는 제 1 복조위상신호 및 구동신호와 제 2 복조위상만큼 위상차가 나는 제 2 복조위상신호를 생성하는 단계, 자이로스코프의 수직 변위 신호와 제 1 복조위상신호에 따라 복조된 제 1 복조 신호 및 수직 변위 신호와 제 2 복조위상신호에 따라 복조된 제 2 복조 신호를 생성하는 단계 및 제 1 복조 신호와 제 2 복조 신호를 입력으로 하여 자이로스코프의 입력 각속도에 비례하는 각속도 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a signal processing method of a vibrating gyroscope according to an embodiment of the present invention, the method comprising: generating a drive signal having a phase difference equal to a horizontal displacement signal of a gyroscope by a horizontal magnetic oscillation angle, and retarding the drive signal by a first demodulation phase Generating a first demodulation phase signal and a second demodulation phase signal out of phase with the driving signal and the second demodulation phase, the first demodulation signal demodulated according to the vertical displacement signal of the gyroscope and the first demodulation phase signal, and Generating a demodulated second demodulated signal according to the vertical displacement signal and the second demodulated phase signal; and generating an angular velocity signal proportional to the input angular velocity of the gyroscope by inputting the first demodulated signal and the second demodulated signal. It is preferable to include.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치를 상세히 설명한다.Hereinafter, a signal processing apparatus of a vibrating gyroscope according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 진동형 자이로스코프의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a vibratory gyroscope.

도 2를 참조하여, 관성 질량 m이 y축 방향(수평 방향)으로 진폭 yo, 진동 각주파수 ωy로 수평 진동하고 있을 때, 수평 방향(y 방향)의 변위 y(t) 및 수평 방 향(y 방향)의 속도 vy(t)는 다음 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. Referring to Fig. 2, when the inertial mass m vibrates horizontally at the amplitude y o and the oscillating angular frequency ω y in the y-axis direction (horizontal direction), the displacement y (t) and the horizontal direction in the horizontal direction (y direction) The velocity v y (t) in the (y direction) may be expressed as in Equation 1 below.

Figure 112001027320087-pat00001
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Figure 112001027320087-pat00002
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이 상태에서 x축을 중심으로 진폭 Rm, 각주파수 ωR인 회전 각속도 Ωx(t)가 인가된다면, z축 방향(수직 방향)으로 2 * vy(t) * Ωx(t)의 크기의 코리올리 가속도 ac(t)가 발생하며, 이 코리올리 가속도에 의한 관성력(코리올리 힘) Fc(t) = m * ac(t) 에 의해 관성 질량 m이 z 방향(수직 방향)으로 진동하게 된다. Ωx(t) 및 Fc(t)는 각각 다음 수학식 2 및 수학식 3과 같이 표현된다.In this state, if a rotational angular velocity Ω x (t) with an amplitude R m and an angular frequency ω R around the x axis is applied, the magnitude of 2 * v y (t) * Ω x (t) in the z-axis direction (vertical direction) Of Coriolis acceleration a c (t) occurs, and the inertial force (Coriolis force) F c (t) = m * a c (t) causes the inertial mass m to vibrate in the z direction (vertical direction). do. Ω x (t) and F c (t) are represented by Equations 2 and 3, respectively.

Figure 112001027320087-pat00003
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Figure 112001027320087-pat00004
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z 방향(수직 방향)의 변위 z(t)를 계측하여 각속도 입력으로 복조된 형태의 코리올리 가속도 ac 를 검출할 수 있다. 이를 다시 y 방향(수평 방향)의 선속도로 복조하고 저역 필터링함으로써 입력 각속도 Ωx(t)에 비례하는 신호(각속도 신호)를 얻을 수 있다. By measuring the displacement z (t) in the z direction (vertical direction), the Coriolis acceleration a c of the form demodulated by the angular velocity input can be detected. By demodulating this at a linear velocity in the y direction (horizontal direction) and low pass filtering, a signal (angular velocity signal) proportional to the input angular velocity Ω x (t) can be obtained.

진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치는 수평 방향의 변위 y(t)와 수직 방향의 변위 z(t)를 계측하여 이로부터 각속도 신호를 생성한다. 그런데, 일반적으로 소형 진동형 자이로스코프의 경우 코리올리 힘의 크기가 극히 작기 때문에 출력 변위 z(t)도 매우 미약하다. 따라서 감도를 높이기 위하여 감쇠가 작은 진동계의 공진 특성을 이용한다. 즉 진동 자이로스코프는 수평 방향(y 방향)의 고유 진동수 fy와 수직 방향(z 방향)의 고유 진동수 fz를 가지는 진동계로서 작용한다. The signal processing device of the vibratory gyroscope measures the displacement y (t) in the horizontal direction and the displacement z (t) in the vertical direction and generates an angular velocity signal therefrom. However, in general, the small vibration type gyroscope has a very small Coriolis force, so the output displacement z (t) is also very weak. Therefore, in order to increase the sensitivity, the resonance characteristic of the vibration system with small attenuation is used. In other words, the oscillating gyroscope acts as a vibrometer having a natural frequency f y in the horizontal direction (y direction) and a natural frequency f z in the vertical direction (z direction).

도 3a는 진동형 자이로스코프에서의 주파수 변화에 따른 코리올리 가속도의 분포를 나타내는 그래프이다. 도 3a에 나타난 바와 같이, 코리올리 힘은 fy의 양측 대역에 형성된다. z 방향의 진동계는, 자이로스코프의 기계적 성질에 의해 정해지는 관성 질량 m, 스프링 상수 kz, 감쇠 상수 C를 요소로 하는 센스 모드 전달 함수(sense mode transfer function)를, 코리올리 힘 Fc(t)와 수직 방향의 변위 z(t) 간의 전달 함수로서 가지는 2차 진동계이다. 여기서 센스 모드란 수직 방향(z 방향)의 진동 모드를 의미한다. Figure 3a is a graph showing the distribution of Coriolis acceleration according to the frequency change in the vibration type gyroscope. As shown in FIG. 3A, Coriolis forces are formed in both bands of f y . The vibrometer in the z direction has a sense mode transfer function whose inertial mass m, the spring constant k z , and the damping constant C are determined by the mechanical properties of the gyroscope, and the Coriolis force F c (t). And the second order vibrometer as a transfer function between the displacement z (t) in the vertical direction. Here, the sense mode means a vibration mode in the vertical direction (z direction).

도 3b는 주파수 변화에 따른 수직 방향의 변위 z(t)의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3b에 나타난 바와 같이 수직 방향의 변위 z(t)는 수직 방향 진동계의 퀄 리티 팩터(quality factor, Q-factor) Qz에 의해 증폭되어 쉽게 계측되며, 다음 수학식 4와 같다.3B is a graph showing a change in the displacement z (t) in the vertical direction according to the frequency change. As shown in FIG. 3B, the displacement z (t) in the vertical direction is amplified by the quality factor Q- z of the vertical vibration system and easily measured.

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실제의 진동형 자이로스코프에 있어 ωy < ωz 이고 ωR << ω y인 범위에서 작동하므로, 수직 방향 변위 z(t)는 근사적으로 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Since the actual oscillation gyroscope operates in a range of ω yz and ω R << ω y , the vertical displacement z (t) can be expressed as Equation 5 below.

Figure 112001027320087-pat00011
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Figure 112001027320087-pat00012
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자이로스코프의 외부에서 전기적 신호 처리를 하기 위해서는, 전술된 수직 변위 신호와 수평 변위 신호가 전기적 신호로 변환되어야 한다. 이러한 관점에서 진동형 자이로스코프 내부의 물리적 신호를 용량(capacitance)으로 모델링할 수 있다. In order to perform electrical signal processing outside of the gyroscope, the above-described vertical displacement signal and horizontal displacement signal must be converted into electrical signals. From this point of view, the physical signal inside the vibratory gyroscope can be modeled as a capacitance.

도 4는 진동형 자이로스코프의 용량 모델을 나타낸 회로도이다. 도 4를 참조하면, 진동형 자이로스코프는 구동 용량 CD, 관성 질량 M, 수평 변위 용량 CY, 수직 변위 용량 CZ를 포함한다. 설명의 편의를 위해, 도 4에 수평 C/V 변환기(110) 및 수직 C/V 변환기(120)를 함께 도시하였다. 4 is a circuit diagram illustrating a capacitance model of a vibratory gyroscope. Referring to FIG. 4, the vibratory gyroscope includes a driving capacity C D , an inertial mass M, a horizontal displacement capacity C Y , and a vertical displacement capacity C Z. For convenience of description, the horizontal C / V converter 110 and the vertical C / V converter 120 are shown together in FIG. 4.

도 4를 참조하면, 진동형 자이로수평 변위 신호 Vcy는 수평 변위 y(t) 값을 가진 수평 변위 용량 CY가 수평 C/V 변환기(110)를 통해 변환된 신호이다. 또한 수직 변위 신호 Vcz는 수직 변위 z(t) 값을 가진 수직 변위 용량 CZ가 수직 C/V 변환기(120)를 통해 변환된 신호이다. 수평 변위 신호 Vcy 및 수직 변위 신호 Vcz를 각각 수학식 6과 수학식 7에 나타내었다. Referring to FIG. 4, the vibration type gyro horizontal displacement signal Vc y is a signal obtained by converting a horizontal displacement capacitor C Y having a horizontal displacement y (t) value through the horizontal C / V converter 110. In addition, the vertical displacement signal Vc z is a signal obtained by converting the vertical displacement capacitor C Z having the vertical displacement z (t) value through the vertical C / V converter 120. The horizontal displacement signal Vc y and the vertical displacement signal Vc z are shown in Equations 6 and 7, respectively.

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도 5는 본 발명에 따른 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치의 일 실시예를 나타내는 블록도이다. 도 5를 참조하면, 바람직한 실시예에 따른 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치는 제 1 전처리부(440), 자기 발진부(400), 위상제어부(410), 제 2 전처리부(450), 신호복조부(420) 및 각속도신호생성부(430)를 포함한다. 설명의 편의를 위하여, 도 5에 진동형 자이로스코프(100)와 수평 C/V 변환기(110) 및 수직 C/V 변환기(120)를 함께 도시하였다. 5 is a block diagram showing an embodiment of a signal processing apparatus of a vibrating gyroscope according to the present invention. Referring to FIG. 5, a signal processing apparatus of a vibrating gyroscope according to a preferred embodiment may include a first preprocessor 440, a self oscillator 400, a phase controller 410, a second preprocessor 450, and a signal demodulator ( 420 and the angular velocity signal generator 430. For convenience of description, the vibrating gyroscope 100, the horizontal C / V converter 110, and the vertical C / V converter 120 are illustrated together.

도 5를 참조하면, 제 1 전처리부(440)는 수평 변위 신호 Vcy를 증폭 및 대역 필터링하여, 잡음을 제거한다. 이를 위해 대역필터(442) 및 증폭기(444)를 포함하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 5, the first preprocessor 440 amplifies and band filters the horizontal displacement signal Vc y to remove noise. It is preferable to include a band filter 442 and an amplifier 444 for this purpose.

자기 발진부(400)는 제 1 전처리부(440)에 의해 전처리된 수평 변위 신호 Vcy를 입력으로 하여, 수평 변위 신호 Vcy와 수평 자기 발진각 α만큼 위상차가 나는 구동신호 VD를 생성한다. 이를 위해, 자기 발진부(400)는 수평 변위 신호 Vcy를 수평 자기 발진각 α만큼 위상 변위시키는 위상변환기(402) 및 위상 변위된 신호를 증폭하여 구동신호 VD를 생성하는 증폭기(404)를 포함하는 것이 바람직하다. The self oscillator 400 receives the horizontal displacement signal Vc y preprocessed by the first preprocessor 440 to generate a drive signal V D having a phase difference equal to the horizontal displacement signal Vc y by the horizontal self oscillation angle α. To this end, the self oscillator 400 includes a phase shifter 402 for phase shifting the horizontal displacement signal Vc y by a horizontal self oscillation angle α and an amplifier 404 for amplifying the phase shifted signal to generate a drive signal V D. It is desirable to.

위상제어부(410)는 제 1 위상변환기(411) 및 제 2 위상변환기(412)를 포함하여 구성되며, 구동신호 VD를 입력하여 구동신호 VD와 각각 제 1 복조위상 Ψ1 및 제 2 복조위상 Ψ2만큼 위상차가 나는 제 1 복조위상신호 V Ψ1 과 제 2 복조위상신호 VΨ2를 생성한다. A phase control section 410 includes a first phase shifter 411 and second phase shifter 412 is configured and the drive signal first demodulation phase to enter the V D respectively, and the drive signal V D Ψ first and second demodulation including It produces a phase by a phase difference Ψ 2 the I-phase signal V Ψ1 first demodulation and second demodulation phase signal V Ψ2.

제 2 전처리부(450)는 수직 변위 신호 Vcz를 증폭 및 대역 필터링하여, 잡음을 제거한다. 이를 위해 대역필터(452) 및 증폭기(454)를 포함하는 것이 바람직하다.The second preprocessor 450 amplifies and band filters the vertical displacement signal Vc z to remove noise. It is preferable to include a band filter 452 and an amplifier 454 for this purpose.

신호복조부(420)는 제 1 복조위상신호 VΨ1를 이용하여 수직 변위 신호 Vcz를 복조하여 제 1 복조 신호 Vdm1를 생성하고, 제 2 복조위상신호 VΨ2를 이용하여 수직 변위 신호 Vcz를 복조하여 제 2 복조 신호 Vdm2를 생성한다. 바람직하게는 신호복조부(420)는 제 1 및 제 2 동기검파기(Phase-sensitive Detector, P.S.D.)를 포함하여 구성되며, 제 1 동기검파기(421)는 제 1 복조 신호 Vdm1을 생성하며, 제 2 동기 검파기(422)는 제 2 복조 신호 Vdm2를 생성한다.Sinhobok demodulator 420 includes a first demodulation phase signal V Ψ1 Vc z vertical displacement signal by demodulating the vertical displacement signal Vc z to produce a first demodulated signal V dm1, and using a second demodulation phase signal V Ψ2 using Demodulation generates a second demodulation signal V dm2 . Preferably, the signal demodulator 420 includes a first and second phase-sensitive detector (PSD), and the first synchronous detector 421 generates a first demodulated signal V dm1 , and a second The sync detector 422 generates a second demodulated signal V dm2 .

각속도신호생성부(430)는 제 1 복조 신호 Vdm1과 제 2 복조 신호 Vdm2를 차분 및 저역필터링하여, 자이로스코프의 입력 각속도에 비례하는 각속도신호 VR을 생성한다. 바람직하게는, 각속도신호생성부(430)는 차분기(432) 및 저역필터(434)로 구 성되며, 차분기(432)는 제 1 복조 신호 Vdm1과 제 2 복조 신호 Vdm2를 차분하여 차분복조신호 Vdm을 생성하고, 저역 필터(434)는 차분복조신호 Vdm을 저역필터링하여 각속도신호 VR을 생성한다.The angular velocity signal generator 430 differentially and low-pass filters the first demodulated signal V dm1 and the second demodulated signal V dm2 to generate an angular velocity signal V R proportional to the input angular velocity of the gyroscope. Preferably, the angular velocity signal generation unit 430 is composed of a difference 432 and a low pass filter 434, and the difference 432 separates the first demodulation signal V dm1 and the second demodulation signal V dm2 . generating a difference signal demodulated V dm, and a low-pass filter 434 produces the angular velocity signal V R by the difference between low-pass filtering the demodulated signal V dm.

신호 처리 장치에는 다양한 기생 용량이 존재하기 때문에 여러 가지 잡음이 신호에 섞이게 된다. 주요하고 대표적인 기생 용량으로서, 구동 신호 VD와 제 1 복조위상신호 VΨ1 및 제 2 복조위상신호 VΨ2에 의한 잡음이 있는데, 이들은 수직 변위 용량 CZ에 더해져서, 수직 변위 신호 Vcz에 혼입된다. 이들은 수직 변위 신호 Vcz 와 같은 주파수 대역에 속하는 잡음으로서 제 2 전처리부(450)에서 제거하지 못하는 잡음들이다.Because of the various parasitic capacitances present in signal processing devices, different noises are mixed into the signal. As the main and representative parasitic capacitances, there is noise caused by the drive signal V D and the first demodulation phase signal VΨ1 and the second demodulation phase signal VΨ2 , which are added to the vertical displacement capacitance C Z and incorporated into the vertical displacement signal Vc z . do. These noises belong to the same frequency band as the vertical displacement signal Vc z and are noises that cannot be removed by the second preprocessor 450.

이하, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치에서 잡음의 영향 및 본 장치의 동작에 의한 잡음의 제거를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, the effect of noise in the signal processing device of the vibration type gyroscope according to the present invention and the removal of the noise due to the operation of the device will be described in detail.

수학식 7의 수직 변위 신호 Vcz는 잡음을 포함하여 다음 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. The vertical displacement signal Vc z of Equation 7 may be expressed as Equation 8 including noise.

Figure 112001027320087-pat00016
Figure 112001027320087-pat00016

수학식 8에서 ND, NΨ1 및 NΨ2는 각각 구동 신호 VD, 제 1 복조위상신호 VΨ1 및 제 2 복조위상신호 VΨ2에 의한 잡음의 진폭이다. In Equation 8, N D , N Ψ 1, and N Ψ 2 are amplitudes of noise due to the driving signal V D , the first demodulation phase signal V Ψ 1, and the second demodulation phase signal V Ψ 2, respectively.

자기발진부(400)는 수평 변위 신호 Vcy를 위상 변위시켜, 수학식 9와 같이 수평 변위 신호 Vcy와 수평 자기 발진각 α만큼의 위상차를 가지는 구동 신호 VD를 생성한다.Self-oscillation (400) to phase shift the horizontal displacement signal y Vc, and generates the horizontal displacement signal and the driving signal Vc y V D having a phase difference of the horizontal oscillator by the magnetic angle α as shown in Equation (9).

Figure 112001027320087-pat00017
Figure 112001027320087-pat00017

위상제어부(410)는 구동신호 VD를 제 1 복조위상 Ψ1 및 제 2 복조위상 Ψ2만큼 위상변위시켜, 다음 수학식 10a 및 10b와 같이 표현된 제 1 복조위상신호 VΨ1 과 제 2 복조위상신호 VΨ2를 생성하여 신호복조부(420)로 출력한다.A phase control section 410 the drive signal V D for the first demodulation phase Ψ 1 and the second demodulation phase Ψ 2, by phase-shifting by a first demodulation phase signal V Ψ1 and second demodulation expressed as Equation 10a and 10b A phase signal V 2 is generated and output to the signal demodulator 420.

Figure 112001027320087-pat00018
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Figure 112001027320087-pat00019
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신호복조부(420)는 제 1 복조신호 Vdm1과 제 2 복조신호 Vdm2를 생성하여 각속도생성부(430)로 출력한다. 구체적으로 신호복조부(420)의 제 1 동기검파기(421)는 수직 변위 신호 Vcz를 제 1 복조위상신호 VΨ1으로 동기검파하여 다음 수학식 11a에서와 같이 표현되는 제 1 복조신호 Vdm1을 생성한다. 또한 제 2 동기검파기(422)는 수직 변위 신호 Vcz를 제 2 복조위상신호 VΨ2로 동기검파하여 다음 수학식 11b에서 와 같이 표현되는 제 2 복조신호 Vdm2를 생성한다. The signal demodulator 420 generates a first demodulated signal V dm1 and a second demodulated signal V dm2 , and outputs the first demodulated signal V dm2 to the angular velocity generator 430. Specifically, the first synchronous detector 421 of sinhobok demodulator 420 to produce a first demodulated signal V dm1 is expressed as the following Equation 11a in synchronization with the detected vertical displacement signal Vc z in the first demodulation phase signal V Ψ1 do. In addition, the second synchronous detector 422 synchronously detects the vertical displacement signal Vc z as the second demodulated phase signal V Ψ2 to generate a second demodulated signal V dm2 expressed as in Equation 11b.

Figure 112001027320087-pat00020
Figure 112001027320087-pat00020

Figure 112001027320087-pat00021
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Figure 112001027320087-pat00022
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Figure 112001027320087-pat00023
Figure 112001027320087-pat00023

각속도생성부(430)의 차분기(432)는 제 1 복조신호 Vdm1과 제 2 복조신호 Vdm2를 차분한 차분복조신호 Vdm을 생성하며, 저역필터(434)는 차분복조신호 Vdm을 저역 필터링하여 다음 수학식 12와 같은 각속도 신호 VR을 생성한다. The difference 432 of the angular velocity generating unit 430 generates a differential demodulation signal V dm that is different from the first demodulation signal V dm1 and the second demodulation signal V dm2 , and the low pass filter 434 low-passes the differential demodulation signal V dm . Filtering generates an angular velocity signal V R as shown in Equation 12 below.

Figure 112001027320087-pat00024
Figure 112001027320087-pat00024

Figure 112001027320087-pat00025
Figure 112001027320087-pat00025

수학식 12에서는 NΨ1 ≒ NΨ2를 가정하였다.In Equation 12, N Ψ 1 ≒ N Ψ 2 is assumed.

이와 같은 경우, 높은 신호 대 잡음비(SNR)를 가지기 위해서는, 바이어스로 작용하는 ZRO를 줄이면서, 동시에 각속도 출력성분이 최대가 되도록 해야 한다. 이를 위해서는 다음 수학식에서 주어진 조건을 만족해야 한다.In such a case, in order to have a high signal-to-noise ratio (SNR), it is necessary to reduce the ZRO acting as a bias and at the same time maximize the angular velocity output component. To do this, the conditions given in the following equation must be satisfied.

Figure 112007070172918-pat00026

또한, 상기 수학식 13의 첫번째 식에서 두번째 식을 빼면, 다음 수학식 14를 얻을 수 있다. 따라서, 제 1 복조위상 Ψ1 과 제 2 복조위상 Ψ2 의 차이는 π/2 라디안이 되어야 한다.
Figure 112007070172918-pat00034
Figure 112007070172918-pat00026

Further, by subtracting the second equation from the first equation of Equation 13, the following equation (14) can be obtained. Therefore, the difference between the first demodulation phase Ψ 1 and the second demodulation phase Ψ 2 should be π / 2 radians.
Figure 112007070172918-pat00034

즉 최대의 신호 대 잡음비(SNR)를 얻기 위해서는, 수평 자기 발진각 α= π/4 - φo 라디안, 제 1 복조위상 Ψ1 = π/4 라디안, 그리고 제 2 복조위상 Ψ2 = -π/4 라디안 값을 가지는 것이 가장 바람직하다. 이때 각속도 신호 VR의 바이어스 성분은 최소화되며 이에 따른 드리프트 성분도 최소화된다. 따라서 각속도 신호 VR은 잡음없이 각속도 입력 Ωx(t)에 비례하는 VRo 성분만을 가지게 된다. 또한 수평 자기 발진각 α의 값을 π/2 라디안 이외의 값으로 하여 자기발진부 구성이 가능하게 된다. 즉, 수평 자기 발진각 α의 값은 π/2 라디안 미만의 값을 가질 수 있다.That is, to obtain the maximum signal-to-noise ratio (SNR), the horizontal self-oscillation angle α = π / 4-φ o radians, the first demodulation phase Ψ 1 = π / 4 radians, and the second demodulation phase Ψ 2 = -π / Most preferably, it has a value of 4 radians. At this time, the bias component of the angular velocity signal V R is minimized, and thus the drift component is minimized. Therefore, the angular velocity signal V R has only a V Ro component proportional to the angular velocity input Ω x (t) without noise. The self-oscillation section can be configured by setting the value of the horizontal self-oscillation angle α to a value other than π / 2 radians. That is, the value of the horizontal self oscillation angle α may have a value less than π / 2 radians.

본 발명의 내용을 검증하기 위하여 진동형 자이로스코프의 수학적 모델을 이용하여 모의 실험을 수행하였다. In order to verify the contents of the present invention, a simulation was performed using a mathematical model of a vibratory gyroscope.

도 6(a) 내지 6(e)는 도 1 및 도 5에 도시된 신호 처리 장치의 각 부의 출력 파형도이다. 여기서, 본 실험에 사용된 각 변수의 값은, 수평 방향의 퀄리티 팩터 Qy = 5,000, 수평 방향의 고유진동수 fy = 5,000[Hz], 수직 방향의 퀄리티 팩터 Qz = 500, 수직 방향의 고유진동수 fz = 5,100[Hz], 자이로스코프의 관성 질량 m = 2 X 10-7 [kg], 수평 방향 진동의 진폭 yo = 10 [μm], 회전 각속도의 진폭 Rm = 1 [deg/sec], 회전 각속도의 주파수 fR = 5 [Hz]로 하였다. 6 (a) to 6 (e) are output waveform diagrams of respective parts of the signal processing apparatus shown in FIGS. 1 and 5. Here, the value of each variable used in this experiment is the horizontal quality factor Q y = 5,000, the horizontal natural frequency f y = 5,000 [Hz], the vertical quality factor Q z = 500, the vertical unique Frequency f z = 5,100 [Hz], gyroscope inertial mass m = 2 X 10 -7 [kg], horizontal vibration amplitude y o = 10 [μm], rotational angular velocity R m = 1 [deg / sec ] And the frequency of rotational angular velocity f R = 5 [Hz].

도 6(a)는 각속도 입력 Ωx(t), 도 6(b)는 코리올리 힘에 의한 용량 변화 Cz(t), 도 6(c)는 잡음이 첨가된 수직 변위 신호 Vcz(t), 도 6(d)는 도 1에 도시된 종래의 신호 처리 장치에서의 각속도 신호 VR(t), 그리고 도 6(e)는 도 5에 도시된 본 발명에 따른 신호 처리 장치에서의 각속도 신호 VR(t)를 각각 나타낸 것이다. Fig. 6 (a) shows the angular velocity input Ω x (t), Fig. 6 (b) shows the capacitance change C z (t) due to Coriolis force, and Fig. 6 (c) shows the vertical displacement signal Vc z (t) with noise added. 6 (d) is an angular velocity signal V R (t) in the conventional signal processing apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 6 (e) is an angular velocity signal in the signal processing apparatus according to the present invention shown in FIG. V R (t) is shown, respectively.

도 6(d)를 참조하면, 종래의 신호 처리 장치에 의한 각속도 신호 VR(t)는 어느 정도 각속도 입력에 대한 출력 특성을 나타내기는 하나, 1.28 볼트의 바이어스를 가지는 것을 알 수 있다. 반면, 도 6(e)를 참조하면, 본 발명의 신호 처리를 적 용한 결과 바이어스 성분 없이 정확히 0을 기준으로 교번하며 도 6(a)의 각속도 입력 Ωx(t)를 추종하는 각속도 신호를 얻을 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 6 (d), it can be seen that the angular velocity signal V R (t) by the conventional signal processing apparatus exhibits an output characteristic with respect to the angular velocity input to some extent, but has a bias of 1.28 volts. On the other hand, referring to FIG. 6 (e), the result of applying the signal processing of the present invention results in an angular velocity signal alternately based on zero without a bias component and following the angular velocity input Ω x (t) of FIG. 6 (a). It can be seen that.

본 발명은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터(정보 처리 기능을 갖는 장치를 모두 포함한다)가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이타 저장장치 등이 있다. The present invention can be embodied as code that can be read by a computer (including all devices having an information processing function) in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording devices include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명에 의한 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치 및 방법에 의하면, 복조위상각의 차이를 가지는 2개의 복조위상신호를 생성하여 그 차분으로 각속도 신호를 생성함으로써, 잡음에 의한 바이어스 성분, 특히 수직 변위 신호와 같은 주파수 대역을 가지는 구동 신호와 복조위상신호 등에 의한 잡음 성분을 효과적으로 억제할 수 있고, 바이어스 성분을 줄임으로서 시간에 따라 표류하는 드리프트 성분을 줄일 수 있다. 이들 잡음 성분을 줄임으로 인해 신호 대 잡음비(SNR)를 최대로 할 수 있으며, 또한 이러한 기생 용량을 최소화할 수 있어 간단한 실장이 가능하다. According to the vibration processing gyroscope signal processing apparatus and method of the present invention, by generating two demodulation phase signals having a difference in the demodulation phase angle and generating an angular velocity signal with the difference, the bias component caused by noise, in particular the vertical displacement signal Noise components due to the drive signal and the demodulation phase signal having the same frequency band as described above can be effectively suppressed, and the drift component drifted with time can be reduced by reducing the bias component. By reducing these noise components, the signal-to-noise ratio (SNR) can be maximized, and the parasitic capacitance can be minimized to simplify implementation.

또한 수평 자기 발진각 α의 값을 π/2 라디안 이외의 값으로 하여 자기 발진부를 구성할 수 있으므로, 구동신호 VD의 위상각에 제한을 받지 않게 된다.In addition, since the self-oscillation unit can be configured by setting the value of the horizontal self-oscillation angle α to a value other than π / 2 radians, the phase angle of the drive signal V D is not limited.

Claims (16)

진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치에 있어서,In the signal processing device of a vibratory gyroscope, 상기 자이로스코프의 수평 변위 신호를 입력으로 하여, 상기 수평 변위 신호와 수평 자기 발진각만큼 위상차가 나는 구동신호를 생성하는 자기 발진부;A self-oscillating unit configured to generate a drive signal having a phase difference from the horizontal displacement signal by a horizontal magnetic oscillation angle as a horizontal displacement signal of the gyroscope; 상기 구동신호와 제 1 복조위상만큼 위상차가 나는 제 1 복조위상신호 및 상기 구동신호와 제 2 복조위상만큼 위상차가 나는 제 2 복조위상신호를 생성하는 위상제어부; A phase control unit generating a first demodulation phase signal out of phase with the driving signal by a first demodulation phase and a second demodulation phase signal out of phase with the driving signal by a second demodulation phase; 상기 자이로스코프의 수직 변위 신호와 상기 제 1 복조위상신호에 따라 복조된 제 1 복조 신호 및 상기 수직 변위 신호와 상기 제 2 복조위상신호에 따라 복조된 제 2 복조 신호를 생성하는 신호복조부; 및A signal demodulator configured to generate a first demodulated signal demodulated according to the vertical displacement signal of the gyroscope and the first demodulated phase signal, and a second demodulated signal demodulated according to the vertical displacement signal and the second demodulated phase signal; And 상기 제 1 복조 신호와 상기 제 2 복조 신호를 입력으로 하여, 상기 자이로스코프의 입력 각속도에 비례하는 각속도 신호를 생성하는 각속도신호생성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.And an angular velocity signal generator configured to generate an angular velocity signal proportional to an input angular velocity of the gyroscope by receiving the first demodulated signal and the second demodulated signal as inputs. 제1항에 있어서, 상기 수평 변위 신호를 증폭 및 대역 필터링하는 제 1 전처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.The signal processing apparatus of claim 1, further comprising a first preprocessor configured to amplify and band filter the horizontal displacement signal. 제1항에 있어서, 상기 수직 변위 신호를 증폭 및 대역 필터링하는 제 2 전처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.The signal processing apparatus of claim 1, further comprising a second preprocessor configured to amplify and band filter the vertical displacement signal. 제1항에 있어서, 상기 신호복조부는, The method of claim 1, wherein the signal demodulation unit, 상기 수직 변위 신호를 상기 제 1 복조위상신호로 동기검파하는 제 1 동기 검파기; 및A first synchronous detector for synchronously detecting the vertical displacement signal with the first demodulation phase signal; And 상기 수직 변위 신호를 상기 제2 복조위상신호로 동기검파하는 제 2 동기 검파기를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.And a second synchronous detector for synchronously detecting the vertical displacement signal with the second demodulation phase signal. 제1항에 있어서, 상기 각속도신호생성부는 상기 제 1복조 신호와 상기 제 2 복조 신호를 차분 및 저역필터링하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.The apparatus of claim 1, wherein the angular velocity signal generation unit performs differential and low pass filtering on the first demodulated signal and the second demodulated signal. 제1항에 있어서, 상기 제 1 복조위상과 상기 제 2 복조위상의 차이는 π/2 라디안인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.The apparatus of claim 1, wherein a difference between the first demodulation phase and the second demodulation phase is π / 2 radians. 제6항에 있어서, 상기 제 1 복조위상과 상기 제 2 복조위상은 각각 π/4 라 디안과 - π/4 라디안인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.7. The signal processing apparatus of claim 6, wherein the first demodulation phase and the second demodulation phase are π / 4 radians and -π / 4 radians, respectively. 제1항에 있어서, 상기 수평 자기 발진각은 π/2 라디안 미만의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 장치.2. The signal processing apparatus of claim 1, wherein the horizontal magnetic oscillation angle has a value less than [pi] / 2 radians. 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법에 있어서,In the signal processing method of the vibration type gyroscope, (a) 상기 자이로스코프의 수평 변위 신호와 수평 자기 발진각만큼 위상차가 나는 구동신호를 생성하는 단계;(a) generating a drive signal that is out of phase with the horizontal displacement signal of the gyroscope by a horizontal magnetic oscillation angle; (b) 상기 구동신호와 제 1 복조위상만큼 위상차가 나는 제 1 복조위상신호 및 상기 구동신호와 제 2 복조위상만큼 위상차가 나는 제 2 복조위상신호를 생성하는 단계;(b) generating a first demodulation phase signal out of phase with the drive signal by a first demodulation phase and a second demodulation phase signal out of phase with the drive signal by a second demodulation phase; (c) 상기 자이로스코프의 수직 변위 신호와 상기 제 1 복조위상신호에 따라 복조된 제 1 복조 신호 및 상기 수직 변위 신호와 상기 제 2 복조위상신호에 따라 복조된 제 2 복조 신호를 생성하는 단계; 및(c) generating a first demodulated signal demodulated according to the vertical displacement signal of the gyroscope and the first demodulated phase signal, and a second demodulated signal demodulated according to the vertical displacement signal and the second demodulated phase signal; And (d) 상기 제 1 복조 신호와 상기 제 2 복조 신호를 입력으로 하여, 상기 자이로스코프의 입력 각속도에 비례하는 각속도 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.and (d) generating an angular velocity signal proportional to an input angular velocity of the gyroscope by inputting the first demodulated signal and the second demodulated signal. 제9항에 있어서, 상기 수평 변위 신호를 증폭 및 대역 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.10. The signal processing method of claim 9, further comprising amplifying and band filtering the horizontal displacement signal. 제9항에 있어서, 상기 수직 변위 신호를 증폭 및 대역 필터링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.10. The method of claim 9, further comprising amplifying and band filtering the vertical displacement signal. 제9항에 있어서, 상기 (c) 단계는, The method of claim 9, wherein step (c) comprises: (c1) 상기 수직 변위 신호를 상기 제 1 복조위상신호로 동기검파하여 제 1 복조 신호를 생성하는 단계; 및(c1) generating a first demodulated signal by synchronously detecting the vertical displacement signal with the first demodulated phase signal; And (c2) 상기 수직 변위 신호를 상기 제2 복조위상신호로 동기검파하여 제 2 복조 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.and (c2) synchronizing the vertical displacement signal with the second demodulation phase signal to generate a second demodulation signal. 제9항에 있어서, 상기 (d) 단계는 상기 제 1복조 신호와 상기 제 2 복조 신호를 차분 및 저역필터링하는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.The signal processing method of claim 9, wherein the step (d) performs differential and low pass filtering on the first demodulated signal and the second demodulated signal. 제9항에 있어서, 상기 제 1 복조위상과 상기 제 2 복조위상의 차이는 π/2 라디안인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.10. The signal processing method of claim 9, wherein a difference between the first demodulation phase and the second demodulation phase is π / 2 radians. 제14항에 있어서, 상기 제 1 복조위상과 상기 제 2 복조위상은 각각 π/4 라 디안과 - π/4 라디안인 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.15. The signal processing method according to claim 14, wherein the first demodulation phase and the second demodulation phase are π / 4 radians and -π / 4 radians, respectively. 제9항에 있어서, 상기 수평 자기 발진각은 π/2 라디안 미만의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 진동형 자이로스코프의 신호 처리 방법.10. The signal processing method of claim 9, wherein the horizontal magnetic oscillation angle has a value less than [pi] / 2 radians.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100373484B1 (en) * 2000-01-27 2003-02-25 국방과학연구소 vibrating micromachined gyroscope

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013147390A1 (en) * 2012-03-28 2013-10-03 한국기초과학지원연구원 Demodulation device, and demodulation integrated circuit and modulation and demodulation integrated circuit using same
KR101331917B1 (en) * 2012-11-22 2013-11-25 한국기초과학지원연구원 Demodulating apparatus, demodulating ic and modem ic in using the same

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