CN103994778B - 捷联惯性组合导航系统的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种捷联惯性组合导航系统的测试方法，所述捷联惯性组合导航系统包括加速度传感器模块、陀螺仪传感器模块、地磁传感器模块、卫星导航系统模块以及PCBA模块，所述测试方法包括模块测试、集成测试、系统测试、验证测试、确认测试步骤；在组装成捷联惯性组合导航系统产品之后的各个测试步骤中，各个测试设备上设置有基站，在每个测试设备上同时测试多个所述产品，每个所述产品对应一个无线模块，各个无线模块与基站组成星型无线传感网络。本发明提高了捷联惯性组合导航系统产品的质量，增强了捷联惯性组合导航系统产品的可靠性和稳定性；本发明提高了测试设备的利用率和工作效率，降低了布线成本。
Description
技术领域
本发明涉及组合导航系统的测试技术，具体地说是一种捷联惯性组合导航系统的测试方法。
背景技术
捷联惯性组合导航系统是捷联惯性导航系统与卫星导航系统的结合，其产品由加速度传感器模块、陀螺仪传感器模块、地磁传感器模块、卫星导航系统模块、PCBA(集成电路板)模块等组件组成。
随着捷联惯性组合导航系统在海陆空交通和军事领域发挥着越来越重要的作用，其产品的可靠性和精度要求也越来越高，从而需要更好的捷联惯性组合导航系统的测试方法，需要严格测试流程和全面的测试方法，而且惯性导航产品的误差会随着时间积累，也需要好的测试方法重新校准惯性导航产品的误差漂移。
但是目前测试方法缺乏，无法全面测试捷联惯性组合导航系统产品的可靠性和稳定性。另外，随着捷联惯性组合导航系统越来越微型化，一次只测试一个捷联惯性组合导航系统产品，资源浪费严重。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种捷联惯性组合导航系统的测试方法，该方法可全面测试捷联惯性组合导航系统产品的可靠性和稳定性。
按照本发明的技术方案：一种捷联惯性组合导航系统的测试方法，所述捷联惯性组合导航系统包括加速度传感器模块、陀螺仪传感器模块、地磁传感器模块、卫星导航系统模块以及PCBA模块，所述测试方法包括以下步骤：
1)模块测试，利用各种测试夹具和测试工具，测试上述各模块是否合格，各模块测试通过后，组装成捷联惯性组合导航系统产品；
2)集成测试，验证PCBA模块和其余各个模块是否能够按照预设规定在一起协同工作，使用捷联惯性导航产品的专业软件工具分别读取系统的配置、不同的惯性导航数据包，同时进行DO-160D测试；
3)系统测试，包括热式的校准和补偿、惯性的校准和补偿及磁校准和补偿；
4)验证测试，验证捷联惯性组合导航系统产品的校准和补偿的正确性、可靠性和稳定性；验证测试包括热式验证测试、惯性验证测试、地磁验证测试和磁对齐测试、航向验证测试、卫星导航验证测试；
5)确认测试，进行最终BIT测试，验证系统所有的配置、所有器件、所有软硬件状态、通信状态和数据包是否正确。
所述系统测试步骤中，热式的校准和补偿是把捷联惯性组合导航系统产品放在高低温交变试验箱中进行测试，测试该导航系统产品随温度变化而变化的情况，并校准和补偿温漂；惯性的校准和补偿是把捷联惯性组合导航系统产品放在高精度转台上进行测试，以不同的速度和角度来测试捷联惯性组合导航系统产品的加速度和陀螺仪的变化情况，并校准和补偿横滚、俯仰、航向参数；磁校准和补偿是把捷联惯性组合导航系统产品放在零磁场的环境设备中进行零磁场的校准和补偿，然后把该产品放在三轴线圈中，通过三轴线圈的不同电流来模拟不同磁场，根据三轴线圈的磁场变化来分析、校准和补偿捷联惯性组合导航系统产品的硬磁和软磁。
所述验证测试步骤中，热式验证测试是在低温交变试验箱中进行确认测试捷联惯性组合导航系统产品在不同温度情况下，该产品进行温度校准补偿后，是否有出现新的误差；惯性验证测试是把捷联惯性组合导航系统产品放在高精度转台上，以不同的速度和角度来模拟测试该产品在校准和补偿后是否能达到相应的精度和姿态参数的稳定性；航向验证测试是把捷联惯性组合导航系统产品水平放置在绝对水平台上，水平台没有金属材料，其附近没有磁场干扰，然后验证每个转动的航向角度在30秒钟内有没有漂移；卫星导航验证测试是连接好卫星导航天线，分别验证捷联惯性组合导航系统产品接收到的经纬度和本地的经纬度的一致性。
在组装成捷联惯性组合导航系统产品之后的各个测试步骤中，各个测试设备上设置有基站，在每个测试设备上同时测试多个所述产品，每个所述产品对应一个无线模块，各个无线模块与基站组成星型无线传感网络。
所述无线模块与基站采用zigbee技术通信；所述星型无线传感网络实时监测捷联惯性组合导航系统产品的测试数据，测试数据存储到本地或者远程数据库或者提供给测试者实时同步绘图分析和处理。
所述卫星导航系统模块采用GPS或者DBS。
本发明的技术效果在于：本发明通过完整的测试流程和全面的测试方法，提高了捷联惯性组合导航系统产品的质量，增强了捷联惯性组合导航系统产品的可靠性和稳定性；通过组成星型无线传感网络，可以同时测试多个捷联惯性组合导航系统产品，提高了测试设备的利用率和工作效率，降低了布线成本。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
图2为本发明中的模块测试步骤的流程框图。
图3为本发明的流程框图。
图4为本发明中的星型无线传感网络的原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明是一种捷联惯性组合导航系统的测试方法，所述捷联惯性组合导航系统包括加速度传感器模块、陀螺仪传感器模块、地磁传感器模块、卫星导航系统模块以及PCBA(集成电路板)模块。加速度传感器模块采用三轴加速度传感器，陀螺仪传感器模块采用三轴陀螺仪传感器，地磁传感器模块采用三轴地磁传感器，卫星导航系统模块采用GPS(全球卫星导航定位系统)或者DBS(北斗卫星导航系统)。
如图1所示，本发明的测试方法包括模块测试、集成测试、系统测试、验证测试、确认测试步骤，每个步骤测试合格后再进入下个步骤，以下详细说明各步骤：
1)模块测试：在组装捷联惯性组合导航系统产品之前，需要测试上述各模块是否合格。如图2所示，利用各种测试夹具和测试工具，来测试每个模块，各模块测试通过后，再组装成捷联惯性组合导航系统产品。
2)集成测试：产品组装完成后，进行集成测试，验证PCBA模块和其余各个模块是否能够按照预设规定在一起协同工作，使用捷联惯性导航产品的专业软件工具分别读取系统的配置、不同的惯性导航数据包(传感器的原始数据包、角度包、惯性导航数据包和电压数据包等等)，同时进行DO-160D测试，比如不同环境下的测试震动，如图3所示。DO-160D是DO-160标准的文件编号，该文件的英文名称为“Environmental Conditions and Test Procedures for AirborneEquipment”。DO-160标准是美国航空无线电技术委员会(RTCA)135分会(SC-135)制定，由RTCA计划管理委员会(PMC)批准。DO-160D文件为机载设备定义了一系列的最低性能环境试验条件(类别)和相应的试验方法。这些试验的目的是为确定机载设备在使用过程中会遇到的典型环境条件下性能特性提供实验室方法。在这里，采用DO-160标准作为捷联惯性组合导航系统产品的环境试验的标准。
3)系统测试：包括热式(高低温)的校准和补偿、惯性的校准和补偿及磁校准和补偿，如图3所示。
热式(高低温)的校准和补偿，是把捷联惯性组合导航系统产品放在高低温交变试验箱中进行测试，测试该导航产品随温度变化而变化的情况，并校准和补偿温漂，即在不同温度下，加速度、地磁、陀螺仪、GPS/DBS的输出变化，并采集数据，通过多项式拟合出变化规律，下载温度补偿到该产品的内存中，并打印测试报告。
惯性的校准和补偿，是把捷联惯性组合导航系统产品放在高精度转台上进行测试，以不同的速度和角度来测试捷联惯性组合导航系统产品的加速度和陀螺仪的变化情况，并校准和补偿横滚、俯仰、航向等参数，下载补偿数据到该产品的内存中，测试过程会采集数据并打印出测试报告。
磁校准和补偿，是把捷联惯性组合导航系统产品放在零磁场的环境设备中进行零磁场的校准和补偿，下载补偿数据到该产品内存中。然后，把该产品放在三轴线圈中，通过三轴线圈的不同电流来模拟不同磁场，根据三轴线圈的磁场变化来分析、校准和补偿捷联惯性组合导航系统产品的硬磁和软磁，并下载补偿数据到该产品内存中，最后打印出测试报告。
根据测试报告分析，系统测试通过后，表示所有硬件能正常工作，而且每个模块能在一起协同工作，下一步将进行验证测试。
4)验证测试：验证捷联惯性组合导航系统产品的校准和补偿的正确性、可靠性和稳定性。验证测试包括热式(高低温)验证测试、惯性验证测试、地磁验证测试和磁对齐测试、航向验证测试、卫星导航验证测试，如图3所示。
热式验证测试是在低温交变试验箱中进行确认测试捷联惯性组合导航系统产品在不同温度情况下，该产品进行温度校准补偿后，是否有出现新的误差；验证完成并自动打印验证测试报告。
惯性验证测试是把捷联惯性组合导航系统产品放在高精度转台上，以不同的速度和角度来模拟测试该产品在校准和补偿后是否能达到相应的精度和姿态参数的稳定性；验证测试完成并自动打印测试报告。
航向验证测试是把捷联惯性组合导航系统产品水平放置在绝对水平台上，水平台没有金属材料，其附近没有磁场干扰，然后验证每个转动的航向角度在30秒钟内有没有漂移。
卫星导航(GPS/BDS)验证测试是连接好卫星导航(GPS/BDS)天线，分别验证捷联惯性组合导航系统产品接收到的经纬度和本地的经纬度的一致性。
5)确认测试：验证测试通过后，最后执行确认测试，进行最终BIT测试，如图3所示，验证系统所有的配置、所有器件、所有软硬件状态、通信状态和数据包是否正确。BIT是Built-in Test的缩写。BIT测试过程：利用上层软件，通过人机交互，确认产品的系统配置、算法、硬件等等的正确性。
确认测试通过后，再进行包装并发货。
在组装成捷联惯性组合导航系统产品之后的各个测试步骤中，各个测试设备上设置有基站，在每个测试设备上同时测试多个所述产品，每个所述产品对应一个无线模块，各个无线模块与基站组成星型无线传感网络。所述无线模块与基站采用zigbee技术通信，根据相应通信协议连接，组成了一个星型无线传感网络。
星型无线传感网络的具体组建方法如下：在测试设备上安装有夹具，夹具上安装了多个zigbee无线模块，每个捷联惯性组合导航系统产品对应一个夹具上的一个zigbee无线模块，一个捷联惯性组合导航系统产品和相对应的一个zigbee无线模块构成一个无线节点。每个无线节点具有唯一的ID号，根据其ID号识别不同的节点身份。所有测试设备带有特殊zigbee无线模块，这个特殊zigbee无线模块相当于一个基站，比如在高低温测试过程，低温交变试验箱相当于一个基站；在转台测试过程，转台相当于一个基站。多个无线节点在测试的时候组成一个星型无线传感网络，每个节点实时传输测试数据到基站，基站负责实时存储、分析和处理所有数据，用户也可以通过基站和每一个节点进行人机交互，广播信息或者发送控制命令，如图4所示。不同的测试过程有不同的星型网络，以不同的组号和信道的方式来组成不同的网络。该星型无线传感网络最多可组成65000个节点的大网，即最多可同时测试65000个捷联惯性组合导航系统产品。
上述星型无线传感网络实时监测捷联惯性组合导航系统产品的测试数据，测试数据可以存储到本地或者远程数据库，方便以后分析和处理历史数据，该测试数据也可以提供给测试者实时同步绘图分析和处理。如测试数据发现异常，无线传感网发送短信通知或者邮件提醒，测试者可以立刻停止测试设备，分析故障原因，不必等到测试完成再去分析故障。因为每个捷联惯性组合导航系统产品对应一个唯一的ID号，根据ID号很容易找出有问题的捷联惯性组合导航系统产品，这样做会提高测试工作效率。
本发明通过完整的测试流程和全面的测试方法，提高了捷联惯性组合导航系统产品的质量，增强了捷联惯性组合导航系统产品的可靠性和稳定性；本发明通过组成星型无线传感网络，可以同时测试多个捷联惯性组合导航系统产品，提高了测试设备的利用率和工作效率，降低了布线成本。
上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
Claims (6)
1.一种捷联惯性组合导航系统的测试方法，其特征是，所述捷联惯性组合导航系统包括加速度传感器模块、陀螺仪传感器模块、地磁传感器模块、卫星导航系统模块以及PCBA模块，所述测试方法包括以下步骤：
1)模块测试，利用各种测试夹具和测试工具，测试上述各模块是否合格，各模块测试通过后，组装成捷联惯性组合导航系统产品；
2)集成测试，验证PCBA模块和其余各个模块是否能够按照预设规定在一起协同工作，使用捷联惯性导航产品的专业软件工具分别读取系统的配置、不同的惯性导航数据包，同时进行DO-160D测试；
3)系统测试，包括热式的校准和补偿、惯性的校准和补偿及磁校准和补偿；
4)验证测试，验证捷联惯性组合导航系统产品的校准和补偿的正确性、可靠性和稳定性；验证测试包括热式验证测试、惯性验证测试、地磁验证测试和磁对齐测试、航向验证测试、卫星导航验证测试；
5)确认测试，进行最终BIT测试，验证系统所有的配置、所有器件、所有软硬件状态、通信状态和数据包是否正确。
2.按照权利要求1所述的捷联惯性组合导航系统的测试方法，其特征是：所述系统测试步骤中，热式的校准和补偿是把捷联惯性组合导航系统产品放在高低温交变试验箱中进行测试，测试该导航系统产品随温度变化而变化的情况，并校准和补偿温漂；惯性的校准和补偿是把捷联惯性组合导航系统产品放在高精度转台上进行测试，以不同的速度和角度来测试捷联惯性组合导航系统产品的加速度和陀螺仪的变化情况，并校准和补偿横滚、俯仰、航向参数；磁校准和补偿是把捷联惯性组合导航系统产品放在零磁场的环境设备中进行零磁场的校准和补偿，然后把该产品放在三轴线圈中，通过三轴线圈的不同电流来模拟不同磁场，根据三轴线圈的磁场变化来分析、校准和补偿捷联惯性组合导航系统产品的硬磁和软磁。
3.按照权利要求1所述的捷联惯性组合导航系统的测试方法，其特征是：所述验证测试步骤中，热式验证测试是在低温交变试验箱中进行确认测试捷联惯性组合导航系统产品在不同温度情况下，该产品进行温度校准补偿后，是否有出现新的误差；惯性验证测试是把捷联惯性组合导航系统产品放在高精度转台上，以不同的速度和角度来模拟测试该产品在校准和补偿后是否能达到相应的精度和姿态参数的稳定性；航向验证测试是把捷联惯性组合导航系统产品水平放置在绝对水平台上，水平台没有金属材料，其附近没有磁场干扰，然后验证每个转动的航向角度在30秒钟内有没有漂移；卫星导航验证测试是连接好卫星导航天线，分别验证捷联惯性组合导航系统产品接收到的经纬度和本地的经纬度的一致性。
4.按照权利要求1所述的捷联惯性组合导航系统的测试方法，其特征是：在组装成捷联惯性组合导航系统产品之后的各个测试步骤中，各个测试设备上设置有基站，在每个测试设备上同时测试多个所述产品，每个所述产品对应一个无线模块，各个无线模块与基站组成星型无线传感网络。
5.按照权利要求4所述的捷联惯性组合导航系统的测试方法，其特征是：所述无线模块与基站采用zigbee技术通信；所述星型无线传感网络实时监测捷联惯性组合导航系统产品的测试数据，测试数据存储到本地或者远程数据库或者提供给测试者实时同步绘图分析和处理。
6.按照权利要求1所述的捷联惯性组合导航系统的测试方法，其特征是：所述卫星导航系统模块采用GPS或者DBS。
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