CN103438902A - 一种卫星用陀螺恒流源校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星用陀螺恒流源校准方法，属于航天器测试技术领域，该方法包括如下步骤：一、设定恒流源板卡的输入的D码值，测量测量输出电流，获得多个与D码值一一对应的电流；采用一定的方法对该处一一对应的D码值和电流进行线性拟合获得D码值与电流的转换关系；二、设定输入陀螺的电流进行多次设置，测量陀螺的输出角速度，获得多个与电流一一对应的角速度；采用一定的方法对该处一一对应的电流和角速度进行线性拟合获得电流和角速度的转换关系；三、根据步骤一获得的D码值与电流的转换关系、及步骤二获得的电流与角速度的转换关系，间接获得D码值与角速度的转换关系。本方法适用于卫星用陀螺恒流源的校准。

Description

一种卫星用陀螺恒流源校准方法

技术领域

本发明涉及航天器测试技术领域，具体涉及一种卫星用陀螺恒流源的校准方法。

背景技术

根据陀螺的力学性质所制成的各种功能的陀螺装置称为陀螺仪，陀螺仪可用于各航天器的飞行状态的指示，在卫星的在轨飞行时，也可使用陀螺仪对卫星进行姿态指示。

在地面测试时，由于航天器并没有实际的转动，陀螺仪敏感到的角速度是固定的，因此，为了在测试时使陀螺的输出为航天器运动时理想的角速度值，需要地面给陀螺仪加入合适的激励，通常使用测试用恒流源。恒流源由陀螺恒流源板提供，恒流源板通常设计为一套D/A（数字量到模拟量变换）系统。

要想在航天器地面测试过程中，通过恒流源来精确的激励陀螺，使之实现精确地角速度模拟，必须找到从恒流源板卡的D码值到陀螺输出角速度的函数关系。此过程通常被称作陀螺恒流源的校准过程。

目前常用的方法是进行多点测量，多次测量后找到多段线性区，通过设置不同的码值（D值），并采集陀螺的角速度值，直接建立陀螺角速度与恒流源板卡D值的关系。然而恒流源板卡的D值与陀螺的角速度之间并不是完全的线性关系。

因此，现有方法在校准过程中需要反复的测量，寻找不同分段的边界点，并且当陀螺的位置变更后，需要重复整个校准过程，分段多，精度低，校准过程复杂，工作量大，效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种卫星用陀螺恒流源校准方法，该方法找到了恒流源校准过程中的几段线性关系，能够快速、高效的完成恒流源的校准。

为达到上述目的，该方法技术方案为：

步骤一、获得恒流源板卡的输入的D码值与输出的电流的转换关系，具体步骤如下：

步骤101、对输入恒流源板卡的D码值进行多次设置，测量恒流源板卡的输出电流，获得多个与D码值一一对应的电流；

步骤102、根据D码值与电流值，通过以下方式获得D码值与电流的转换关系：

根据D码值的区间范围，获取该区间的中间值，设定电流阈值，在中间值的左右两边找到左电流分界点和右电流分界点，其中左、右电流分界点对应电流超过且最接近、或者等于预设的电流阈值；

以左、右电流分界点的中间区域的D码值对应的电流为0，在左电流分界点以左的部分以及右电流分界点以右的部分对D码值和电流进行线性拟合获得D码值与电流的线性关系；由此获得D码值与电流的转换关系；

步骤二、获得陀螺的输入的电流与输出的角速度之间的关系，该步骤具体如下：

步骤201、对输入陀螺的电流进行多次设置，电流输入至陀螺后，陀螺输出一个角速度，测量陀螺的输出角速度，则获得多个与电流一一对应的角速度；

步骤202、根据一一对应的电流与角速度，对电流与角速度的转换关系设定如下：

找到当角速度为0时对应的电流，设定角速度阈值，在输出电流测量值的0值左右两边找到左角速度分界点和右角速度分界点，其中该左、右角速度分界点对应角速度均超过且最接近、或者等于预设的角速度阈值；

以左、右角速度分界点的中间区域的电流对应的角速度为0，在左角速度分界点以左的部分以及右角速度分界点以右的部分分别对电流与角速度进行线性拟合获得电流与角速度的线性关系；由此获得电流与角速度的转换关系；

步骤三、根据步骤一获得的D码值与电流的转换关系、及步骤二获得的电流与角速度的转换关系，间接获得D码值与角速度的转换关系。

有益效果：

本方法采用多步线性化以及分段线性化的方法，有效解决了恒流源校准过程中存在的非线性问题；而且本系统对于不同的陀螺仪均适用，不需要重复测点，大大提高了恒流源校准的效率，缩短了校准时间。

附图说明

图1恒流源测试系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行详细描述。

本发明提供了卫星用陀螺恒流源的校准方法，该方法的原理如图1所示，具体包括如下步骤：

步骤一、将D码值输入恒流源板卡则能够输出电流。本步骤需要获得恒流源板卡的输入的D码值与输出的电流之间的关系，其中校准方法如下：

步骤101、对输入恒流源板卡的D码值进行多次设置，测量恒流源板卡的输出电流，获得多个与D码值一一对应的电流。

步骤102、根据所获得的一一对应的D码值与电流，通过以下方式获得D码值与电流之间的关系：

恒流源板卡中电流值I与D码值的转换使用D/A输出部分来完成，一般情况下，D/A在输出正负转变的值附近不连续，且正负的斜率也稍有不同，这个特性是由于D/A的特性决定的。

首先根据D码值的区间范围，获取该区间的中间值，在该中间值的左右设定范围内，找到每一个D码值对应的电流，在中间值的左右两边各找到一个对应电流值超过且最接近、或者等于预设的电流阈值的D码值，这两个D码值即为左电流分界点和右电流分界点，以左、右电流分界点中间区域的码值对应的电流为0，在左电流分界点以左的部分的D码值和电流进行线性拟合获得D码值与电流的线性关系，在右电流分界点以右的部分的D码值和电流进行线性拟合获得D码值与电流的线性关系。

上述预设的电流阈值具体为：设定不同的电流阈值，对整个方法进行多次实验，选取使得实验结果最优的电流阈值作为预设的电流阈值。

以上线性关系即为对恒流源板卡进行校准后的D码值与电流的线性关系，该线性关系与所使用的恒流源板卡的特性有关，则此线性关系一旦建立，只与恒流源板卡有关，不随陀螺的变化而变化，一块恒流源板卡只需校准一次。

以18位的D/A芯片为例，整个D码值的区间对应16进制数00000～3FFFF，由于D码值的中段为1FFF，其对应电流值为0，那么在1FFFF的附近将会出现较大的非线性，则获取在1FFFF附近区域每个D码值对应的电流，并设定电流阈值为1mA，假设1FFFD测得电流值为-1.01mA，20001为1.01mA，那么1FFFD与2001对应的2个D码值就是左右电流分界点，将D码值小于1FFFD的部分与大于20001的部分按照线性进行处理。

步骤二、陀螺的输入为电流，输出为角速度。本步骤需要获得陀螺的输入的电流与输出的角速度之间的关系，该步骤具体如下：

步骤201、对输入陀螺的电流进行多次设置，电流输入至陀螺后，陀螺输出一个角速度，测量陀螺的输出角速度，则获得多个与电流一一对应的角速度。

步骤202、根据电流与角速度的，对电流与角速度之间的转换关系设定如下：

找到当角速度为0时对应的电流，则在该电流左右设定的区间内，找到各电流对应的角速度，设定角速度阈值，在输出电流的0值左右两边各找到一个对应角速度超过且最接近、或者等于预设的角速度阈值的输出电流，以这两个电流为左角速度分界点和右角速度分界点，则左、右角速度分界点中间区域的电流对应的角速度为0，在左角速度分界点以左的部分对电流与角速度进行线性拟合获得电流与角速度的线性关系，在右角速度分界点以右的部分对电流与角速度进行线性拟合获得电流与角速度的线性关系。

上述预设的角速度阈值具体为：设定不同的角速度阈值，对整个方法进行多次实验，选取使得实验结果最优的角速度阈值作为预设的角速度阈值。

本步骤可以获得陀螺的电流与角速度的线性关系；该线性关系仅与陀螺或陀螺位置有关，更换陀螺或陀螺位置时只需要重新找到左右角速度分界点及两个线性区即可。

步骤三、根据步骤一获得的D码值与电流的转换关系、及步骤二获得的电流与角速度的转换关系，间接获得D码值与角速度的转换关系。

该方法从根本上简化了恒流源测试陀螺过程的校准问题，传统方法校准时间约1周，而应用本方法1天即可完成恒流源校准，大大提高了效率。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种卫星用陀螺恒流源校准方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤一、获得恒流源板卡的输入的D码值与输出的电流的转换关系，具体步骤如下：

步骤101、对输入恒流源板卡的D码值进行多次设置，测量恒流源板卡的输出电流，获得多个与D码值一一对应的电流；

步骤102、根据D码值与电流值，通过以下方式获得D码值与电流的转换关系：

根据D码值的区间范围，获取该区间的中间值，设定电流阈值，在中间值的左右两边找到左电流分界点和右电流分界点，其中左、右电流分界点对应电流超过且最接近、或者等于预设的电流阈值；

以左、右电流分界点的中间区域的D码值对应的电流为0，在左电流分界点以左的部分以及右电流分界点以右的部分对D码值和电流进行线性拟合获得D码值与电流的线性关系；由此获得D码值与电流的转换关系；

步骤二、获得陀螺的输入的电流与输出的角速度之间的关系，该步骤具体如下：

步骤201、对输入陀螺的电流进行多次设置，电流输入至陀螺后，陀螺输出一个角速度，测量陀螺的输出角速度，则获得多个与电流一一对应的角速度；

步骤202、根据一一对应的电流与角速度，对电流与角速度的转换关系设定如下：

找到当角速度为0时对应的电流，设定角速度阈值，在输出电流测量值的0值左右两边找到左角速度分界点和右角速度分界点，其中该左、右角速度分界点对应角速度均超过且最接近、或者等于预设的角速度阈值；

以左、右角速度分界点的中间区域的电流对应的角速度为0，在左角速度分界点以左的部分以及右角速度分界点以右的部分分别对电流与角速度进行线性拟合获得电流与角速度的线性关系；由此获得电流与角速度的转换关系；

步骤三、根据步骤一获得的D码值与电流的转换关系、及步骤二获得的电流与角速度的转换关系，间接获得D码值与角速度的转换关系。

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