半球谐振陀螺仪是一种高精度、高可靠和长寿命，基于哥氏效应测量角速度的新型固态陀螺。它具有很高的测量精度、超强的稳定性和可靠性、良好的抗冲击振动性及温度性能，还特别具有独特的关机抗辐射能力。预期寿命高达15年，另外HRG还具有体积小，低噪声，低功耗，高稳定性，高分辨率，高可靠性，对加速度不敏感，抗核辐射等优点。基于以上HRG的优点，它在飞船与卫星的稳定性控制、航天器导航、石油钻孔勘探等领域有着广阔的应用前景。目前美国已经将HRG 成功的应用在空间飞行器导航、战术导弹导航、通讯卫星姿控系统、精确指向及深空探测任务中，且达到了100%的成功率。

美国是第一个研制HRG的国家，美国Northrop Grumman公司的半球谐振陀螺是当前谐振陀螺领域的标杆产品，主要型号为 HRG130P型半球谐振陀螺，产品零偏稳定性和可靠性都极高。俄罗斯、法国、英国、日本、中华台北等先后研究HRG，俄罗斯的理论研究比较成熟，我国HRG的研制起步较晚。目前美国正在大力研制基于MEMS技术的半球陀螺仪(micro;HRG)。MEMS技术有望实现半球陀螺仪的批量生产，这将大大降低成本，缩小体积。

国内HRG研究情况简介：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, 研究单位包括哈尔滨工程大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、国防科学技术大学等。中电二十六所于2002年研制出第一批样机, 工作于力平衡模式, 基本具备了对角速率进行测量的功能。该所于2003年完成第二批样机, 在谐振子的加工平衡、正交控制电路设计、微弱振动信号检测等方面取得一定进展, 其随机漂移精度小于0.2 (°) /h, 灵敏度比第一批样机提高了2个数量级, 提高了HRG的测量精度。随后, 该所在谐振子加工及平衡、电路的优化设计方面不断改进, 使半球谐振陀螺初步达到导航级工作性能。2015年，由该所承担的国家863项目长寿命高 可靠半球陀螺仪顺利通过验收。

HRG是惯性导航系统中的核心，它直接决定着导航系统的导航精度、

稳定性与使用寿命。影响半球谐振陀螺仪性能的因素有，制作工艺、使用环境、半球谐振陀螺的激励系统和数据采集系统等，同时HRG由激励电极、检测电极和半球谐振子构成，半球谐振子是HRG的核心部件，其性能决定了HRG的性能。而谐振子的性能主要由品质因子(Q值)和n=2谐振频率分裂值(△fn=2)决定。所以对固体波动陀螺半球谐振子的机械品质因数测量并进行误差分析，对改善和提高谐振子的机械品质因数和增加陀螺仪的使用寿命及提高其性能都有着有着重大意义。目前精密机械加工的HRG品质因子高达26E6。

2. 研究的基本内容与方案

（1）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Q值的意义、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。

（2）拟采用的技术方案及措施：通过研究分析，结合自身的知识水平和毕业设计要求。在确定了谐振子的品质因数Q的含义，Q值的计算方法后。我拟采用的测量方案为，设计测试系统最重要的是选定Q值的测量原理，然后根据测量原理来设计测量方案，我在本次的课题研究中将采用的Q值测量原理公式为;。原理确定后，公式中需要进行测量的为振动频率和谐振子的衰减时间。对于这两个未知数的测量，我拟采用一个振动测试系统来对谐振子进行振动激励，采集振动信息，利用振动器件在振动幅值从F自由衰减到时，振动器件所用的时间为衰减时间来测量两个未知数。而振动测试系统主要由激励系统、采集系统和数据处理系统三部分构成。其中最主要的是激励和采集振动信号部分，在这两个部分我拟采用正弦激励搭配电极激振器，然后里光学测振仪来对振动信号进行采集分析和显示。最后的数据处理部分，我拟采用对大数据具有优越处理性能的MATLAB软件对数据进行分析和图像化处理。

[1] 李巍,任顺清,王常虹.半球谐振陀螺仪谐振子品质因数不均匀引起的误差分析[J].航空学报,2013,34(01):121-129.

[2] Rahman, Md Mahbubur,Xie, Yan,Mastrangelo, Carlos,Kim, Hanseup. 3-D hemispherical micro glass-shell resonator with integrated electrostatic excitation and capacitive detection transducers[P]. ,2014.

[3] Sorenson, L.,Ayazi, F.. Effect of structural anisotropy on anchor loss mismatch and predicted case drift in future micro-Hemispherical Resonator Gyros[P]. Position, Location and Navigation Symposium - PLANS 2014, 2014 IEEE/ION,2014.