惯性技术在国防和国民经济中起着重要作用，无论是国防领域的远程导弹制造、深海潜艇导航，用于科学探索的航天飞机飞行、卫星姿态控制、民用航空、航海领域的飞机、舰船导航，还是国民经济领域的矿藏勘探、石油采集、海底电缆铺设都离不开惯性技术。在惯性技术中，最核心的就是惯性敏感元件——陀螺。因此要研究高精度、寿命长，满足国防和民用技术中高端需求的陀螺就具有重要的理论价值和应用价值。

针对定位、导航和运动物体的控制系统的敏感器件提出的高要求导致了基于新的物理原理的非传统意义的陀螺仪表的产生。固体波动陀螺就属于这种仪表，它的工作是基于利用在旋转的轴对称壳体中受激励的驻波的惯性。其优点在于：精度高、能耗小、机械部件结构简单、断电时稳定性好、准备时间短、工作温度范围大、扛电离辐射能力强、对线性过载不敏感、使用寿命长、制造固体波动陀螺可以实现自动化生产。

在俄罗斯，高精度的固体波动陀螺的实验样机由拉明斯克仪器制造设计局的企业制造出，除了制造陀螺仪的实验样机外，还研制来基于个人电子计算机的用于固体波动陀螺的半实物仿真试验台，同样研究了如电极与谐振子间间隙的不均匀性、谐振子自振频率的裂解、品质因数不一致值等参数的估计方法，并将他们应用于生产中。目前国外对高性能陀螺实行严格的产品禁运，作为世界上唯一的高性能半球谐振陀螺生产商——美国的诺斯罗普·格鲁曼（Northrop Grumman）公司，一直被禁止对我国出口半球谐振陀螺，因此我国高性能的半球谐振陀螺必须依靠自主研发。国内半球谐振陀螺始于20世纪80年代, 部分学者自1983年第一篇HRG介绍文章后, 开始进行相关理论研究。90年代主要为理论研究和原理验证阶段, 关于半球谐振陀螺的研究主要集中于半球谐振子的壳体振动特性理论研究及实验验证。1997年, 国家对HRG进行立项, 由中国电子科技集团公司第二十六研究所进行样机的研制。之后, 国内陆续出现了关于半球谐振陀螺的回路控制、误差分析、误差补偿的相关研究,

半球谐振子是半球谐振陀螺正常工作的关键器件，其中频差是评价半球谐振加工及工作性能的重要评价参数之一。

本设计从了解半球谐振陀螺的工作原理开始，对频差的意义、测量系统的搭建、数据的后处理及误差分析等展开。其中测量系统搭建要对传感器的种类及参数进行详细说明，数据后期处理中将会对噪声的抑制、滤波器设计等进行详细描述（后期可能会根据自身情况对预定方案做适当调整），最后给出测量结果，计算频差，要求数据分析精度要达到0.1Hz，并对结果进行误差分析。

2. 研究的基本内容与方案

研究的主要内容:基于本科阶段所学知识，查阅相关文献资料，从了解半球谐振陀螺的工作原理开始，对频差的意义、测量系统的搭建、数据的后处理及误差分析等展开。其中测量系统搭建要对传感器的种类及参数进行说明，数据后处理中可对噪声的抑制、滤波器设计等进行详细描述（可自行根据自身情况做适当调整），最后给出测量结果及误差分析。

拟采用的技术方案及措施：力平衡模式下，半球谐振陀螺的主振型应该通过控制回路维持在谐振频率点上振动并保持幅值恒定为。由于环境变化，诸如温度改变、谐振子刚度系数随年岁的变化，都会导致幅值和谐振频率的改变，因此在半球谐振子的主控回路中，参考相位控制回路和幅值控制回路被用来完成主控回路的起振和振动保持，如图2.1所示。

图2.1 半球谐振陀螺主振型回路控制框图

通过学习易知，半球谐振子由于加工工艺不完美，不可避免的带来一些误差将会造成陀螺性能的下降，其中，频率裂解是影响陀螺漂移的主要因素之一。采用正交控制回路对相应的电极施加直流电压来改变谐振子在某个方向上的刚度系数从而消除两个振型之间的频率裂解可以规避温度改变导致的质量不平衡和气压改变导致的谐振子平衡特性改变。