CN104236587B - 一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法，本发明根据模式设置参数与误差标定参数的不同配置分别实现模式设置与误差标定功能，误差标定过程自动完成并即时生效，标定结果自动存盘且在下次测试系统启动时自动加载供测试使用。本发明将信号源模式设置与误差标定由同一个核心公式实现，实现了信号源模式设置与误差标定的统一，同时本发明可以实现信号丢失、阶跃、线性、非线性等多种故障的设置，提高了模式设置的灵活性。

Description

一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法

技术领域

本发明涉及一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法，适用于航天器控制系统地面测试中对各类敏感器信号源的工作模式设置与误差标定，属于航天器控制系统测试技术领域。

背景技术

在航天器控制系统的地面电气测试中，姿态敏感器(简称敏感器)通常需要和对应的电激励信号源(简称信号源)配合使用。信号源的作用是，在地面测试尤其是系统级测试中为敏感器提供电性激励信号，从而使敏感器输出相应的测量信号。卫星上常用的信号源包括红外地球敏感器信号源、太阳敏感器信号源、陀螺信号源、星敏感器信号源(包括动态星模、静态星模、电子星模等)等。

在敏感器信号源的使用中，模式设置与误差标定是一项重要工作。包括两项内容：(1)模式设置，即通过对信号源输出参数的设置使信号源获得特定形式的输出，从而满足控制系统闭路测试、开路测试以及故障模式测试等的不同需要；(2)误差标定，即对信号源系统误差的标定和补偿。

在以往的控制系统地面测试中，敏感器信号源模式设置与误差标定是分开进行的，存在3个方面的不足：1)模式设置与误差标定过程繁琐，需频繁切换参数显示界面；2)故障设置手段比较单一，通常只能设置信号丢失、阶跃跳变等几种简单的故障方式；3)误差标定需要逐一手动实现，过程繁琐，效率低。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服了现有技术的不足，提供了一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法，本发明采用统一的通用化公式和若干特征参数实现敏感器信号源的模式设置和误差标定，兼顾了功能、灵活性和易用性，并具有较高的自动化程度。

本发明的技术解决方案：

一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法包括步骤如下：

(1)接收上位机对不同敏感器信号源的两种设置指令，若接收到的是模式设置指令，则进入步骤(2)，若接收到的是误差标定指令，则进入步骤(3)；

(2)根据步骤(1)模式设置指令中的测试模式，选择模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)的取值，并进入步骤(5)进行测试；所述的测试模式包括闭路测试、开路测试、故障测试；b_s为模式设置幅值系数、d_s为模式设置线性区宽度、δ_s为模式设置常值偏差系数；

(3)读取设定时段k至时段k+N的敏感器数据，并利用最小二乘法求解每个时段敏感器数据的线性拟合系数k_ci和b_ci；其中k、N取正整数，k≤i≤k+N；

(4)对步骤(3)中求出的每个时段的线性拟合系数求取平均值，得到误差标定比例系数k_c和误差标定常值偏差系数b_c，并将k_c和b_c存入数据库中进行原有k_c和b_c的更新(数据库中始终有根据上位机指令存在的k_c和b_c的默认值，每次误差标定后进行一次更新)；

(5)当是模式设置指令时，将步骤(2)中得到模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)的值代入公式y＝k_c·(f_s(x)+δ_s)+b_c计算出信号源的输出信号y，并将其用于激励敏感器，其中k_c和b_c的取值为数据库中存储的k_c和b_c；

当是误差标定指令时，将步骤(4)求解出的k_c和b_c代入公式y＝k_c·(f_s(x)+δ_s)+b_c计算出信号源的输出信号y，并将其用于激励敏感器上，其中δ_s＝0,b_s＝d_s＝V_max，其中V_max是敏感器信号源的信号饱和值；

其中，x为信号源输入信号。

所述的步骤(2)中根据测试模式选择模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)取值的具体方式如下：

(2a)当测试模式选择闭路模式测试时，δ_s＝0,b_s＝d_s＝V_max，其中V_max是敏感器信号源的信号饱和值；

(2b)当测试模式选择开路模式测试时，δ_s＝const,b_s＝0，d_s＝V_max,其中const是常数；

(2c)当测试模式选择故障模式测试时，又可实现以下多种情况：

(2c1)当测试模式选择常值故障测试时(敏感器输出值无法进行更新时的故障，既保持常值输出)，δ_s＝常数,b_s＝0，d_s＝V_max；

(2c2)当测试模式选择线性故障测试时(敏感器的输出值为线性增大或减小，也就是敏感器的输出和输入呈现过零点线性关系)，δ_s＝0,d_s＝V_max，b_s≤d_s；

(2c3)当测试模式选择带常值偏差的线性故障测试时(敏感器的输出值为线性增大或减小，也就是敏感器的输出和输入呈现非过零点线性关系)，δ_s＝常数,d_s＝V_max，b_s≤d_s；

(2c4)当测试模式选择继电器型非线性故障测试时，δ_s＝0,d_s＝0，b_s＝常数；

(2c5)当测试模式选择带常值偏差的继电器型非线性故障测试时，δ_s＝常数，d_s＝0，b_s＝常数；

(2c6)当测试模式选择饱和型非线性故障测试时，δ_s＝0，d_s≥0，b_s≥0；

(2c7)当测试模式选择带常值偏差的饱和型非线性故障测试时，δ_s＝常数，d_s≥0，b_s≥0。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明将信号源模式设置与误差标定由同一个核心公式实现，实现了信号源模式设置与误差标定的统一，适用性和通用性大大增强，节省了航天控制系统地面测试成本，提高了工作效率。

(2)本发明可以实现信号丢失、阶跃、线性、非线性等多种故障的设置，提高了模式设置的灵活性，效率大大提高，通用性大大增强。

(3)本发明的方法易于实现，能够将误差标定过程由相应软件自动实现，极大地方便了工程使用，同时本发明提出的模式设置和误差标定方法采用一次设置、自动更新、自动装载的实现机理，提高了系统测试的灵活性和自动化程度。

附图说明

图1为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法包括步骤如下：

(1)接收上位机对不同敏感器信号源的两种设置指令，若接收到的是模式设置指令，则进入步骤(2)，若接收到的是误差标定指令，则进入步骤(3)；

(2)根据步骤(1)模式设置指令中的测试模式，选择模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)的取值，并进入步骤(5)进行测试；测试模式包括闭路测试、开路测试、故障测试；b_s为模式设置幅值系数，即不考虑常值偏差时信号的最大输出幅值；d_s为模式设置线性区宽度，即输入信号的最大线性值、δ_s为模式设置常值偏差系数，即输入信号为0时的输出信号值；

根据测试模式选择模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)取值的具体方式如下：

(2a)当测试模式选择闭路模式测试时，δ_s＝0,b_s＝d_s＝V_max，其中V_max是敏感器信号源的信号饱和值，此时函数f_s(x)退化为f_s(x)＝x，即直通环节，因此信号源的输出为y＝k_cx+b_c，等效于将信号源输出值直接提供给敏感器并参与控制系统的闭环测试；例如，对于摆动式红外地球敏感器，其滚动角的V_max可取为2.2度，俯仰角的V_max可取为10.0度；

(2b)当测试模式选择开路模式测试时，δ_s＝const,b_s＝0，d_s＝V_max，其中const是常数,此时函数f_s(x)＝0，信号源的输出为y＝k_cδ_s+b_c，即此时信号源输出一个常值；例如，对于摆动式红外地球敏感器，其滚动角的δ_s可取0度、0.5度、1.0度、1.5度等值；

(2c)当测试模式选择故障模式测试时，又可实现以下多种情况：

(2c1)当测试模式选择常值故障测试时(敏感器输出值无法进行更新时的故障，即保持常值输出)，δ_s＝常数,b_s＝0，d_s＝V_max；例如，对于摆动式红外地球敏感器的滚动角，δ_s可取2.5度、0.5度、0度等值；

(2c2)当测试模式选择线性故障测试时(敏感器的输出值为线性增大或减小，也就是敏感器的输出和输入呈现过零点线性关系)，δ_s＝0,d_s＝V_max，b_s≤d_s；例如，对于摆动式红外地球敏感器的滚动角，b_s可取0.001到2.2之间的任意值；

(2c3)当测试模式选择带常值偏差的线性故障测试时(敏感器的输出值为线性增大或减小，也就是敏感器的输出和输入呈现非过零点线性关系)，δ_s＝常数,d_s＝V_max，b_s≤d_s；

(2c4)当测试模式选择继电器型非线性故障测试时，δ_s＝0,d_s＝0，b_s＝常数；例如，对于摆动式红外地球敏感器的滚动角，b_s可取2.2度；

(2c5)当测试模式选择带常值偏差的继电器型非线性故障测试时，δ_s＝常数，d_s＝0，b_s＝常数；

(2c6)当测试模式选择饱和型非线性故障测试时，δ_s＝0，d_s≥0，b_s≥0；例如，对于摆动式红外地球敏感器的滚动角，d_s可取0.2度，b_s可取2.2度；

(2c7)当测试模式选择带常值偏差的饱和型非线性故障测试时，δ_s＝常数，d_s≥0，b_s≥0。

(3)读取设定时段k至时段k+N的敏感器数据，并利用最小二乘法求解每个时段敏感器数据的线性拟合系数k_ci和b_ci；其中k、N取正整数，k≤i≤k+N；

(4)对步骤(3)中求出的每个时段的线性拟合系数求取平均值，得到误差标定比例系数k_c和误差标定常值偏差系数b_c，并将k_c和b_c存入数据库中进行原有k_c和b_c的更新(数据库中始终有根据上位机指令存在的k_c和b_c的默认值，每次误差标定后进行一次更新)；误差标定比例系数k_c和误差标定常值偏差系数b_c为线性拟合结果y_k＝k_cx_k+b_c的系数；

(5)当是模式设置指令时，将步骤(2)中得到模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)的值代入公式y＝k_c·(f_s(x)+δ_s)+b_c计算出信号源的输出信号y，并将其用于激励敏感器，其中k_c和b_c的取值为数据库中存储的k_c和b_c；

当是误差标定指令时，将步骤(4)求解出的k_c和b_c代入公式y＝k_c·(f_s(x)+δ_s)+b_c计算出信号源的输出信号y，并将其用于激励敏感器上，其中δ_s＝0,b_s＝d_s＝V_max，其中V_max是敏感器信号源的信号饱和值；公式中符号说明：下标带s的符号表示模式设置参数，包括b_s、d_s、δ_s，下标带c的符号表示误差标定参数，包括k_c和b_c。

其中，x为信号源输入信号，sgn(x)为符号函数。

函数f_s(x)的物理含义：该函数实际上是常见非线性特性的一个组合函数，利用两个参数的组合可实现线性环节、继电器型非线性环节、饱和型非线性环节等，各种环节又可分为过零和非过零两种情形。

本发明已经应用在相应的型号上，并且取得了良好的效果。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (2)

1.一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法，其特征在于包括步骤如下：

(1)接收上位机对不同敏感器信号源的两种设置指令，若接收到的是模式设置指令，则进入步骤(2)，若接收到的是误差标定指令，则进入步骤(3)；

(2)根据步骤(1)模式设置指令中的测试模式，选择模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)的取值，并进入步骤(5)进行测试；所述的测试模式包括闭路测试、开路测试、故障测试；b_s为模式设置幅值系数、d_s为模式设置线性区宽度、δ_s为模式设置常值偏差系数；

(3)读取设定时段k至时段k+N的敏感器数据，并利用最小二乘法求解每个时段敏感器输出数据的线性拟合系数k_ci和b_ci；其中k、N取正整数，k≤i≤k+N；

(4)对步骤(3)中求出的每个时段的线性拟合系数求取平均值，得到误差标定比例系数k_c和误差标定常值偏差系数b_c，并将k_c和b_c存入数据库中进行原有k_c和b_c的更新；

(5)当是模式设置指令时，将步骤(2)中得到模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)的值代入公式y＝k_c·(f_s(x)+δ_s)+b_c计算出信号源的输出信号y，并将其用于激励敏感器，其中k_c和b_c的取值为数据库中存储的k_c和b_c；

当是误差标定指令时，将步骤(4)求解出的k_c和b_c代入公式y＝k_c·(f_s(x)+δ_s)+b_c计算出信号源的输出信号y，并将其用于激励敏感器上，其中δ_s＝0,b_s＝d_s＝V_max，其中V_max是敏感器信号源的信号饱和值；

其中，x为信号源输入信号。

2.根据权利要求1所述的一种敏感器信号源的模式设置与误差标定方法，其特征在于：所述的步骤(2)中根据测试模式选择模式设置参数(b_s、d_s、δ_s)取值的具体方式如下：

(2a)当测试模式选择闭路模式测试时，δ_s＝0,b_s＝d_s＝V_max，其中V_max是敏感器信号源的信号饱和值；

(2b)当测试模式选择开路模式测试时，δ_s＝const,b_s＝0，d_s＝V_max，其中const是常数；

(2c)当测试模式选择故障模式测试时，又可实现以下多种情况：

(2c1)当测试模式选择常值故障测试时，δ_s＝const,b_s＝0，d_s＝V_max；

(2c2)当测试模式选择线性故障测试时，δ_s＝0,d_s＝V_max，b_s≤d_s；

(2c3)当测试模式选择带常值偏差的线性故障测试时，δ_s＝常数,d_s＝V_max，b_s≤d_s；

(2c4)当测试模式选择继电器型非线性故障测试时，δ_s＝0,d_s＝0，b_s＝常数；

(2c5)当测试模式选择带常值偏差的继电器型非线性故障测试时，δ_s＝常数，d_s＝0，b_s＝常数；

(2c6)当测试模式选择饱和型非线性故障测试时，δ_s＝0，d_s≥0，b_s≥0；

(2c7)当测试模式选择带常值偏差的饱和型非线性故障测试时，δ_s＝常数，d_s≥0，b_s≥0。