陀螺仪是惯性导航系统核心测量元件之一。它通过敏感载体相对于惯性系的角速度,获取偏角信息。以动力调谐陀螺仪为例,它出现于第二代惯导技术时期,在之后几十年间得到广泛研究和应用。近年来,研究重点集中于对动力调谐陀螺仪系统整体性能的分析和改善,因而也对性能分析系统提出了更高要求。性能分析系统包括闭环控制回路和数据处理单元两部分,本文从系统实时性角度出发,尝试性地将硬件实时技术应用于陀螺仪控制回路的设计,从陀螺仪结构模型分析、开环系统辨识、实时控制回路设计等方面展开了研究。1、为了解陀螺仪基本特性,获取实时控制回路各项参数,选取开环辨识方法对陀螺仪表头进行建模分析。首先,介绍陀螺仪结构及其动力学方程,推导陀螺仪开环及闭环模型。介绍交叉耦合现象,并推导全解耦方法。然后,结合结构特征,分析陀螺仪噪声特点。最后,介绍最小二乘类辨识方法和频域辨识法,对频域辨识法进行改进,对比三种辨识方法的辨识结果。2、针对传统性能分析系统实时性不高的问题,提出实时性能分析系统,并将硬件实时技术应用于闭环控制回路的设计。实时控制回路采用Altera公司Cyclone系列FPGA为核心控制器,由信号调理单元、数据采集单元、数字信号处理单元、模数转换单元和功率放大单元组成。根据系统要求和辨识结果,使用硬件描述语言完成数据采集、解耦、校正、控制量输出等模块的划分和设计。3、搭建实验平台,对开环辨识方法和实时控制回路做仿真和实验。仿真及实验说明,相较于最小二乘类辨识方法和传统频域辨识法,改进后的频域辨识法拟合度更高,且辨识方法一致性好,辨识结果稳定。通过系统测试,验证了实时控制回路可以完成功能要求,并有效提高了系统采样率。由此表明,实时控制回路满足性能分析系统的控制功能,设计方案可行。最后,文章对研究、设计和实验进行总结,规划后期工作重点和可能出现的难点,提出进一步提高系统性能和测试精度的改进方案。