摘 要：本文主要介紹了漂移的分類，分成系統(tǒng)漂移和隨機(jī)漂移。對非對稱阻尼漂移、剩余正交振動(dòng)漂移、非線性影響下產(chǎn)生的固定偏置漂移、環(huán)形電極的不對稱性產(chǎn)生的附加漂移、參數(shù)激勵(lì)系統(tǒng)在非最佳調(diào)試狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的漂移情況進(jìn)行了研究分析，建立了半球陀螺的漂移誤差模型，為下一步的誤差補(bǔ)償打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：漂移；半球陀螺；誤差模型

中圖分類號：V241.5

慣性系統(tǒng)的工作精度是由陀螺精度決定的，陀螺精度又是主要受漂移影響。漂移分為系統(tǒng)漂移和隨機(jī)漂移這兩類。沒有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的半球諧振陀螺的系統(tǒng)漂移主要分為，常值漂移、不對稱阻尼漂移、正交振動(dòng)漂移及非線性產(chǎn)生的偏置漂移等。

1 非對稱阻尼漂移

振動(dòng)圖形的阻尼來自于這些機(jī)械源：熔融石英諧振器材料的內(nèi)阻尼，諧振器完成加工以后殘留的剩余表面應(yīng)力，以及在諧振器和它的金屬涂層之間的粘和區(qū)產(chǎn)生的阻尼，諧振器的阻尼僅是近似均勻的。[1]

HRG漂移的主要來源之一是非對稱阻尼。諧振子環(huán)向有一個(gè)軸的時(shí)間常數(shù)最大，在沒有能量補(bǔ)充的情況下最終在該軸方向結(jié)束振動(dòng)，該軸就是簡正模態(tài)軸。實(shí)際中，由于波腹軸一般不是簡正軸，所以會(huì)存在非對稱阻尼漂移。

諧振子的振動(dòng)是由2個(gè)振元合成的，但是由于阻尼應(yīng)力的不對稱性導(dǎo)致2個(gè)振元的衰減速度不同。假如衰減時(shí)間分別為τ1、τ2，設(shè)τ1<τ2，τ2的振動(dòng)分量能量損耗低于τ1的分量[2]。

當(dāng)τ1

當(dāng)0

不對稱阻尼漂移的表達(dá)式為：

（1）

其中，θ—駐波當(dāng)前角位置；τ1—駐波振幅沿最大Q值軸衰減時(shí)間；τ2—駐波振幅沿最小Q值軸衰減時(shí)間；2—球殼耗散缺陷定向角；

質(zhì)量不平衡影響1和2，引起質(zhì)量中心振動(dòng)。振動(dòng)能量沿固定軸柄散射，通過調(diào)平可消除缺陷。

2 剩余正交振動(dòng)漂移

設(shè)計(jì)正交控制環(huán)是希望將主振型節(jié)點(diǎn)處的正交振動(dòng)降低為零，但是實(shí)際上會(huì)有小的剩余正交振動(dòng)存在，這種剩余正交振動(dòng)也是HRG漂移的另一個(gè)主要來源。正交控制環(huán)是通過調(diào)節(jié)激勵(lì)電極上的直流電壓值，以控制簡正模式軸的方向來抑制正交振動(dòng)。雖然這樣可以使簡正模式軸與實(shí)際振動(dòng)模式軸一致，但是卻不能使其頻率相等。[3]

由文獻(xiàn)[4]中對振動(dòng)信號按相互正交的二軸分解得到了全角模式下的信號解算方法，可知一個(gè)振元可以按照相互正交的兩軸進(jìn)行分解或合成。

當(dāng)頻率不相等時(shí)，波腹角隨時(shí)間t變化成函數(shù)關(guān)系，因此波腹軸是漂移的。波腹軸的漂移是由于二正交軸諧振頻率不同引起的正交漂移，稱波腹角隨時(shí)間t變化的漂移為漂移速率，稱由漂移速率引起波腹軸漂移的角度為漂移角。正交控制的目的就是消除漂移速率和漂移角。

文獻(xiàn)[5]中指出：合成的漂移速率正比于剩余正交振幅、簡正模式頻率差，以及在實(shí)際振動(dòng)和簡正模式位置之間夾角4倍的余弦這三個(gè)量的積。即：

（2）

其中，E—振動(dòng)強(qiáng)度；N—振動(dòng)橢圓率；1—球殼缺陷定向角。

為使該項(xiàng)為為最小，則φ1=22.5°（1為振子固有頻率軸），此時(shí)該項(xiàng)cos4（θ-1）=0，即要求振子的固有頻率軸離波幅22.5°。因此對于陀螺調(diào)試，需測試該陀螺的振子固有頻率軸所在的位置，然后在相關(guān)電極施加電壓調(diào)整振子的固有軸，使其對準(zhǔn)到離波幅22.5°的位置。而這時(shí)的正交控制是不為0的。

3 非線性影響下產(chǎn)生的固定偏置漂移

之前討論的簡正模式分析都是線性的，都是在振幅比較小，非線性項(xiàng)可以忽略不計(jì)的情況下。但是在振幅比較大的某些情況下，非線性就必須考慮。量值和節(jié)點(diǎn)剩余正交振動(dòng)幅度、主振型幅度的平方成正比。與振動(dòng)系統(tǒng)非線性度有關(guān)。在文獻(xiàn)[6]講到，這種誤差是固有的，是副高單擺原理產(chǎn)生的。

減小直徑就要減小電容電極大小，導(dǎo)致信噪比變差，所以首先得增大振幅，這也引起振動(dòng)非線性和漂移的增大。

減小振動(dòng)橢圓率、選擇合適的半球外殼直徑、振幅、頻率是減小此漂移相對較好的方法。

4 環(huán)形電極的不對稱性產(chǎn)生的附加漂移

施力電極系統(tǒng)包括1個(gè)環(huán)形電極和16個(gè)離散電極。實(shí)際上，施力電極系統(tǒng)具有與傳感器電極系統(tǒng)相似的不對稱性。不同的是，環(huán)形電極的不對稱性是因間隙的不規(guī)則造成的。諧振器△Q值是HRG漂移的原因所在。這樣，環(huán)形電極的不對稱性則是引起HRG附加漂移的根源。若將振幅維持回路產(chǎn)生的信號誤差考慮進(jìn)去，那么，該回路引起的漂移將隨4θ而變化。

附加漂移正比于電勢差（保持振動(dòng)所必須的）的平方、振動(dòng)幅度和間隙的相對不對稱，并反比于Q值的大小。

5 參數(shù)激勵(lì)系統(tǒng)在非最佳調(diào)試狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的漂移

非零振動(dòng)橢圓率下，當(dāng)檢測到的球殼振動(dòng)相位和參數(shù)激勵(lì)相位脈沖之間有相移時(shí)，會(huì)產(chǎn)生漂移的公式為：

（3）

其中，E—振動(dòng)強(qiáng)度；N—振動(dòng)橢圓率；γ—球殼相位振動(dòng)和參數(shù)激勵(lì)相位脈沖間的距離；

諧振子通過芯軸支撐，而芯軸用銦與基座焊接起來。而常常發(fā)現(xiàn)，焊接后諧振子的品質(zhì)因數(shù)將下降，這是為什么呢？如果諧振子是理想的，那么芯軸上的振動(dòng)等于零，而諧振子的品質(zhì)因數(shù)也就不取決于固定形式。但在非理想的諧振子中可能有質(zhì)量不平衡，導(dǎo)致縱向和橫向上的諧振子質(zhì)量中心的振動(dòng)，同時(shí)，也帶來芯軸的振動(dòng)。芯軸振動(dòng)的品質(zhì)因數(shù)極低，結(jié)果諧振子的部分能量便將傳遞到基座上。反之，基座振動(dòng)將導(dǎo)致諧振子的振動(dòng)，與主波疊加，產(chǎn)生漂移。頻差是質(zhì)量不平衡的另一表現(xiàn)。通過對三個(gè)不同階次的諧波進(jìn)行質(zhì)量調(diào)平是解決這個(gè)問題比較好的方式。調(diào)平可補(bǔ)償諧振子缺陷、內(nèi)外半球的同心度偏差以及內(nèi)外半球和芯軸間的跳動(dòng)偏差。

參考文獻(xiàn)：

[1]周海波.干涉型光纖陀螺隨機(jī)噪聲的分析研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2006（11）.

[2]Advauces in the Astronautical Sciences，1996：83-99.

[3]高勝利，吳簡彤.半球諧振陀螺的漂移機(jī)理及其控制[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2008（03）.

[4]雷霆.半球諧振陀螺控制技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2006.

[5]張樹俠.激光陀螺漂移的數(shù)據(jù)建模和濾波[J].中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào)，1999（04）：70-72.

[6]吳旭峰，呂志清.半球諧振陀螺儀[A].半球諧振陀螺儀技術(shù)文集[C]，2000.

作者簡介：覃施甦（1982.06-），女，重慶人，工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：半球諧振陀螺技術(shù)。

作者單位：中國電子科技集團(tuán)第26研究所，重慶 400060