半球谐振陀螺具有结构简单、抗辐射与冲击、寿命长、可靠性高等优点，其中驱动电路是获取高精度陀螺信号的关键。对影响半球谐振陀螺性能指标的单元电路展开了研究及优化设计，基于微弱信号处理、滤波等技术研究了提高检测电压稳定的方法。采用 Tina-TI软件对设计电路的性能进行了仿真，实现了增益 40dB、噪声 4.81μV/Hz的整体电路设计。搭建陀螺样机测试了电路，根据实验结果给出了 HRG不同叠加激励信号的作用下其输出信号的演变趋势。结果表明：随着直流、交流电压的增加，均会增大半球谐振陀螺输出信号的幅值；当激励信号电压不变时，交流信号的频率改变也会影响半球谐振陀螺输出信号的幅值。因此，研究半球谐振陀螺的激励信号对输出信号的影响，为设计半球谐振陀螺的驱动电路提供了参考。

全角(WA)模式的半球谐振陀螺(HRG)进动因子只与球壳谐振子的物理尺寸有关, 但由于读出电极非正交耦合及间隙失配、检测电路增益误差等检测误差, 导致进动因子的周向一致性退化。该文首先对理想半球谐振陀螺的进动因子进行了理论推导, 然后针对检测误差对进动因子的影响进行了分析, 结合具体的全角模式控制电路与算法, 提出了检测误差的校正方法, 最后通过实验验证了该校正方法的有效性。实验结果表明,进动因子的周向一致性提升了2个数量级。

针对半球谐振陀螺谐振子刚性轴辨识问题, 提出了基于幅频特性辨识谐振子刚性轴的方法。首先, 从半球谐振子等效二维质点振动模型出发, 推导出了半球谐振子幅频特性响应数学表达式; 其次, 对谐振子不同激励方向的响应进行了仿真, 并确定了刚性轴辨识特征的选取方法; 再次, 对不同频率裂解及不同品质因子Q值下的激励响应进行了仿真分析, 提出了该刚性轴辨识方法所适用的条件; 最后, 对提出的刚性轴辨识原理及方法进行了实验验证, 将频率裂解值为0.3、0.18、0.01 Hz的谐振子进行了刚性轴辨识, 验证了该辨识原理及方法的正确性。该方法原理清楚、辨识装置易于实现、操作效率高, 为后续工艺的谐振子质量调平工程化提供了有效途径。

半球谐振陀螺是一种高精度、高可靠性、小型化的角速度传感器, 被誉为“具有颠覆性的技术”, “可以改变惯导行业版图”。综述了半球谐振陀螺国内外研究现状, 分析了国内外主要差距; 总结了半球谐振陀螺的关键技术, 强调了精密加工、化抛、调平、镀膜、装配、电路控制和误差补偿等关键技术; 分析了半球谐振陀螺的发展趋势, 包括技术发展趋势和市场发展趋势。

半球谐振陀螺是一种新型振动陀螺仪, 在装备领域有着广泛的应用前景。制造误差、干扰源及工作环境的变化影响了半球谐振陀螺的快速启动性能。该文分析了半球谐振陀螺输出的影响因素, 讨论了谐振子品质因数(Q)值特性、装配、温度及信号干扰对快速启动性能的影响, 并针对敏感器制造和信号处理进行了优化改进。结果表明, 优化改进后的半球谐振陀螺可在通电3 min内达到稳定, 相比改进前的大于1 h有显著提升。

半球谐振陀螺是一种高可靠的哥氏振动陀螺, 在宇航领域有广泛的应用前景。该文研究了在空间辐照环境下总剂量辐照效应对半球谐振陀螺性能的影响, 分析了总剂量辐照效应对半球谐振陀螺不同功能模块的影响, 包括陀螺敏感头、信号检测电路及控制电路, 并进行了总剂量辐照试验验证。结果表明, 100 krad(Si)的总剂量辐照对半球谐振陀螺的性能无明显影响, 半球谐振陀螺的抗辐照能力能够满足高轨道航天器的应用需要。

针对半球谐振陀螺仪中半球谐振子频率分歧修正难题, 该文提出在谐振子唇缘端固有刚性轴上去除四点修正方法。首先通过COMSOL有限元仿真建立瑕疵与固有刚性轴之间的关系, 得到只有在固有刚性轴上才可以准确修正谐振子频率分歧。其次通过谐振子二维弹簧-阻尼运动方程求解谐振子运动轨迹, 并通过MATLAB仿真得到李萨如图, 由图可知, 在阻尼较小的情况下, 用自由振动法可以快速准确地找到固有刚性轴。再通过COMSOL有限元仿真验证了在半球谐振子固有刚性轴重轴唇缘位置4个正交对称区域, 可以修正由质量瑕疵造成的频率分歧。结果表明, 通过实验辨识得到谐振子频率分歧及瑕疵位置, 可以为后续使用飞秒激光器进行刻蚀调平提供研究基础, 实现飞秒激光调平。

曲面电极刻蚀技术是半球谐振陀螺的关键技术之一。为满足半球谐振陀螺高精度和高性能的要求, 针对激励罩和读出基座的电极刻蚀工艺, 该文提出了一种新的调整方法——三维平衡调整法。通过X、Y、Z方向的位移传感器检测器件与参考平台的间距, 根据间隙差距的大小进行相应的调整。试验验证表明, 该方法能有效减小半球谐振陀螺电极刻蚀的误差, 满足器件的各项性能参数。该方法原理简单, 具有定位精度高, 工艺易实现的优点, 对半球谐振陀螺电极刻蚀工艺具有较好的工程应用价值。

半球谐振陀螺仪(HRG)是极具发展前景的新型固态波陀螺仪, 其发展的关键是如何设计制造出精致可靠的陀螺结构部件。该文以工程应用中成熟半球陀螺半径尺寸为例, 对谐振子部件几何尺寸中壁厚和轴柄半径的设计从抗模态干扰方面提出优化建议, 并首次将抗冲击过载能力纳入优化设计考量因素中, 通过COMSOL软件仿真得出壁厚和轴柄半径取值范围。创新性地提出对谐振子与其他石英部件的双端固定与单端固定方式进行模态仿真。经仿真分析结果表明, 双端固定时, 轴柄高度对工作模态无干扰; 单端固定时, 倾斜模态和摇摆模态较接近工作模态频率, 且上轴柄越高, 对工作模态越易产生干扰。

半球谐振陀螺是一种高精度、长寿命的新型振动陀螺仪。为设计具备良好角速率测量精度和低噪声特性的半球陀螺及满足航天器精确定向和姿态控制需求, 该文分析了半球陀螺噪声产生的机理, 讨论了谐振子参数、控制系统参数及电子线路对半球陀螺噪声的影响, 并针对敏感器和电子线路进行了优化设计。结果表明, 优化设计后的半球陀螺噪声及角度随机游走显著降低, 约为改进前的50%, 与美国Northrop Grumman公司HRG130P半球谐振陀螺基本型的噪声水平基本相当。