[发明专利]一种高动态双轴角速率陀螺零偏和标度因数误差补偿

说明书

技术领域

本发明涉及一种高动态双轴角速率陀螺及零偏和标度因数误差补偿，特别是涉及应用在灾难救援、钻井测斜、地质勘探、高速交通、国防等高动态环境下的双轴角速率陀螺。

背景技术

载体角速率直接测量在国民经济和国防诸多领域都发挥着极其重要的作用，是实现载体姿态确定、平台稳定控制等的关键，其核心在于实现角速率实时精准测量的陀螺技术。

在民用领域，如隧道挖掘、矿山开采及城市地下管线铺设等工程应用中，钻进过程中的大过载、高旋、强振动等恶劣条件对陀螺的综合性能提出了苛刻的要求，使得角速率实时精准测量成为保证挖掘机构沿预定轨迹定向钻进的关键。机械转子式陀螺精度高，但结构复杂，抗冲击振动能力差；激光陀螺和光纤陀螺作为全固态光学陀螺，具有长寿命、高精度和大动态范围等优点，但难以满足2000g过载的高动态角速率测量需求。

在全温度工作环境下，传统陀螺在使用中受环境温度影响很大，主要表现在影响陀螺零偏和标度因数。现有温度补偿有两种方案：一种是采用数字温补，使用温度传感器检测环境温度之后用单片机等进行补偿，数字温补的不足之处增加了陀螺响应时间。另一种是使用纯硬件温补网络进行补偿，其方案是利用温补网络，通过在运算放大器输入端并联一个由热敏电阻和两个常规电阻组成的温补网络，根据使用的热敏电阻的特性，依照标度因数温度补偿的要求，来选择温补网络中两个常规电阻的阻值参数，实现陀螺零偏和标度因数温度补偿，使陀螺零偏和标度因数在全温度段内的变化满足指标要求，该方案缺点是网络形式固定，补偿时只能改变运算放大器的输入端电阻，温补网络使运算放大器输入端电阻降低而使放大倍数增大，从而使陀螺的输出标度因数增大，由于不同敏感器件特性的差异，对于某些标度因数偏高的敏感器件，补偿之后陀螺标度因数容易超差，不能满足设计要求。

近年来，经济建设和社会发展在我国取得巨大成就，角速率陀螺目前处于经济寿命周期的成长期，需求量逐步增大。目前，世界主要大国竞相发展各自的卫星导航及增强服务系统，保障其导航与位置服务产业的优势和竞争力。卫星导航是一种基于卫星的无线电导航系统，能够为载体提供全天时、全天候的位置、速度和时间信息，具有精度高、全天候、长期稳定性好的特点，但其局限性也非常明显，主要包括：（1）在定位方面，卫星导航信号通视性差，城市中的高楼、码头的集装箱、机场航站楼、隧道、峡谷、建筑物内等环境都会对卫星信号产生遮挡而影响定位，不能满足室内外高精度、全覆盖需求；（2）抗干扰能力差，当存在压制式干扰信号时，由于干扰信号覆盖了卫星导航信号频谱范围，大大降低了接收信号的信噪比，导致定位测速精度急剧下降，以至无法正常捕获跟踪卫星导航信号。

在信息化时代的今天，以陀螺为主要敏感单元的惯性导航与卫星导航进行组合实现高性能组合导航与定位，已成为现代导航与定位技术的主要发展方向，二者不仅可以充分发挥各自的优势，又具有很强的互补性，组合的性能要远远优于各独立系统，已使其应用范围日益广泛。

发明内容

本发明的目的是为了弥补传统角速率陀螺在高动态环境下工作不正常、易损坏的缺点，同时又能有效抑制传统角速率陀螺噪声大、全温度段零位漂移大的缺点。本发明公开的一种高动态双轴角速率陀螺，具有适应高过载和高转速等高动态环境、噪声小、全温度段零位漂移小、信号延迟小的优点，能够重点应用在灾难救援、钻井测斜、地质勘探、高速交通、国防等高动态环境下的载体角速率测量。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高动态双轴角速率陀螺零偏和标度因数误差补偿，其流程按如下步骤进行：

第一步，将Y轴敏感器件（1-1）置入高低温试验箱中，在-40℃、-20℃、0℃、20℃、40℃、60℃条件下分别保温2小时后，测量陀螺零偏输出和标度因数输出；

第二步，将陀螺在不同温度环境下输出的零偏与对应温度点，按照最小二乘法进行拟合，得出陀螺零偏温度系数K_VT；

第三步，将陀螺在不同温度环境下输出的标度因数与对应温度点，按照最小二乘法进行拟合，得出陀螺标度因数温度系数K_kT；

第四步，如果K_kT＜0，则复选端J₁连接到S1端，此时有：

　　　　　　　（1）

如果K_VT＞0，则选择正温度系数热敏电阻（PTC）R_T1，再依照零偏和标度因数温度补偿的要求，来选择精密电阻R_A、R_B的阻值参数实现对陀螺零偏和标度因数的补偿;