郭 杰，曲天良，张晶泊

(大连海事大学 信息科学技术学院·大连·116026)

0 引 言

随着导航技术的发展，惯性导航在国防和国民经济中的作用愈发明显，属于基础性、战略性和前沿性的军民两用高新技术。陀螺是其核心传感器，而“高精度、微型化”是陀螺发展的重要方向。哥氏振动陀螺的灵感源于傅科摆，它以单摆的简谐振动作为惯性参考系测量地球转动，仿生学领域中的双翅目昆虫的平衡棒便是基于哥氏振动陀螺的原理进行辅助导航或姿态控制。半球谐振陀螺(Hemispherical Resonator Gyroscope, HRG)是基于哥氏效应测量角速度的新型振动陀螺，其具有结构简单、精度高、功耗低、寿命长、可靠性好、抗空间辐射等优点，一度被惯性技术界誉为21世纪先进捷联惯导系统最为理想的陀螺。

半球谐振陀螺的控制方式主要有两种：力平衡模式(速率型)和全角模式(速率积分型)。力平衡模式更容易实现，灵敏度高，但其动态范围过小，应用领域十分有限；相对于力平衡模式，全角模式(Whole-Angle,WA)下的半球谐振陀螺具有满刻度量程，但全角模式的控制更为复杂。

在全角模式下，半球谐振陀螺需精确测量谐振子驻波位置，并使用两组驱动电极施加矢量驱动力，以维持驻波振动能量，实现幅度控制。同时，正交控制可以有效消除由频率裂解带来的误差项。因此，阻尼不均匀已成为半球谐振陀螺漂移的主要误差源。由于在全角模式下，驻波在圆周上自由进动，阻尼不均匀误差具有强烈的角度依赖性，不均匀误差随驻波方位角呈周期性变化，这是全角模式下半球谐振陀螺必须解决的问题。……