一种基于多倍频估计的半球谐振陀螺非线性误差补偿方法与流程

本发明属于半球谐振陀螺，涉及一种利用参考信号的倍频信号对半球谐振陀螺非线性误差补偿的方法。

背景技术：

1、半球谐振陀螺主要由半球谐振子和平板电极构成，谐振子唇沿与电极构成平板电容。陀螺工作时，谐振子边沿形成高频振动的驻波，引起电极电荷变化，通过信号采样电路将振动信号转换为相应的数字信号进行后续处理。

2、半球谐振陀螺中，通过电容采样的形式对振动信号进行采集并进行信号解调。由于电容大小与平板间距成非线性关系，造成采样信号中含有非线性误差，目前的信号解调方法中没有考虑非线性的影响，导致无法从采样信号中准确还原唇沿振动波形，降低驻波方位角及角速度的解算精度。

技术实现思路

1、针对电容大小与平板间距的变化成非线性关系，导致采样信号中含有非线性误差的问题，本发明目的在于提供一种半球谐振陀螺非线性误差补偿方法。

2、为实现本发明目的，本发明提供了一种基于多倍频估计的半球谐振陀螺非线性误差补偿方法，采取技术方案包括如下步骤：

3、步骤1.通过采样电路将谐振子振动引起的电容变化转换为相应的数字信号；

4、步骤2.建立电容非线性变化引起的采样误差模型，

5、将电容c与振动位移d的函数在d0处进行泰勒展开，其中多项式中的一次项表征振子实际的振动位移，

6、

7、△c表示电容变化量，c(0)表示振子未振动时的电容量；

8、步骤3.对于振动信号的高阶项，用高倍频信号代替，

9、

10、△c表示为

11、△c＝a+s1 sinωt+c1 cosωt+s2 sin2ωt+c2 cos2ωt+s3 sin3ωt+c3 cos3ωt+...

12、步骤4.基于最小二乘法对高阶项进行估计并分离，实现半球谐振陀螺非线性误差补偿。

13、进一步的，最小二乘估计模型构建如下：

14、

15、其中，z是采样电路得到的数字信号，与△c成正比，h是观测矩阵，由与采样信号及其同频的参考信号及其高倍频信号构成，x是待估计的振动参数，每一项代表了对应振动分量的幅值，利用x中前两项进行后续信号解算流程，对振动参数及控制回路参数进行计算，实现半球谐振陀螺非线性误差补偿。

16、进一步的，所述参考信号及其倍频信号生成采用dds模块生成。

17、与现有技术对比，本发明有益效果如下：

18、本发明在半球谐振陀螺信号解调过程中，通过分析采样过程中电容非线性变化引起的信号误差建立采样非线性误差模型，并利用最小二乘法进行误差估计和补偿，提高信号解调精度，从而提升半球谐振陀螺性能。

技术特征：

1.一种基于多倍频估计的半球谐振陀螺非线性误差补偿方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于多倍频估计的半球谐振陀螺非线性误差补偿方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于多倍频估计的半球谐振陀螺非线性误差补偿方法，其特征在于，所述参考信号及其倍频信号采用dds模块生成。

技术总结
本发明提供了一种基于多倍频估计的半球谐振陀螺非线性误差补偿方法，所述方法包括：通过采样电路将谐振子振动引起的电容变化转换为相应的数字信号；建立电容非线性变化引起的采样误差模型；对于振动信号的高阶项，用高倍频信号代替；基于最小二乘法对高阶项进行估计并分离，实现半球谐振陀螺非线性误差补偿。本发明提高了信号解调精度，从而提升半球谐振陀螺性能。

技术研发人员：徐海刚,梁文伟,钟润伍,邱丽玲,孙凯丽,杜善宇,杨丽,牛畅,范淼,马麒涵,朱雅
受保护的技术使用者：北京自动化控制设备研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/8