CN106323338B - 一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统及其测试方法，其技术特点在于：包括多个激光陀螺仪、敏感量信号采集控制器、上位机和UPS电源；所述敏感量信号采集控制器包括机箱及其内部的采集控制电路；所述采集控电路包括采集控制板、AC/DC模块和DC/DC模块。本发明的测试系统能够自动判断试验的起止时间，自动起停试验和进行重复测试，每项试验结束时自动对陀螺仪性能指标进行解算和保存；本发明的测试方法更加规范，操作更加简洁，节约了试验成本，提高了测试的可操作性和可靠性。

Description

一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统及其测试方法

技术领域

本发明属于激光陀螺仪测试技术领域，尤其是一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统及其测试方法。

背景技术

应用激光陀螺仪的惯导系统需要经过温补和标定环节后才能投入试验，如果在试验中发现陀螺仪精度不满足惯导系统精度要求，或发现陀螺仪性能与安装位置或方案不匹配，需更换陀螺仪。更换任意陀螺仪后，惯导系统需重新进行温补和标定，直到满足惯导系统的使用要求为止。这一过程严重影响科研生产的顺利进行，因此，有必要在安装惯导系统前对陀螺仪进行全面的精度评定，使惯导系统能够有针对性地选择陀螺仪，提高工作效率。传统的陀螺仪性能评定试验需要投入大量的人力和时间资源，在对陀螺仪零偏、标度、温度特性等性能的评定过程中需要人员全程陪同、多次重复试验、频繁操作实验仪器和设备、对大量数据进行后处理，最终得到陀螺仪相应的性能指标。在陀螺仪数量较多、科研生产周期短时，可操作难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、测试成本低、测试程序规范、测试结果可靠性高且测试过程可操作性强的自动评定激光陀螺仪性能的测试系统及其测试方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统，包括多个激光陀螺仪、敏感量信号采集控制器、上位机和UPS电源；所述敏感量信号采集控制器包括机箱及其内部的采集控制电路；所述采集控电路包括采集控制板、AC/DC模块和DC/DC模块；

所述UPS电源的输出端与上位机相连接并为其供电，该UPS电源的输出端还依次通过AC/DC模块和DC/DC模块分别与采集控制板和多个激光陀螺仪的输入端相连接并为其供电；所述采集控制板的输入端与多个激光陀螺仪相连接用于采集多个激光陀螺仪的敏感量电信号并将该敏感量电信号转换为数字信号后将多个激光陀螺仪的敏感量、抖动和温度的原始数据信息传送至上位机进行计算和保存；所述上位机的输出端还与采集控制板相连接，用于向所述采集控制板发出控制信号，该采集控制板的输出端还与DC/DC模块相连接，用于当操作者发出结束测试命令时或当激光陀螺仪输出异常时切断激光陀螺仪电源。

而且，所述采集控制板包括FPGA模块和RS422串口模块；该FPGA模块和RS422串口模块相连接用于多个激光陀螺仪的敏感量电信号并将该敏感量电信号转换为数字信号后上传至上位机。

而且，所述上位机包括输入显示模块、数据采集和存储模块、结果存储和查看模块、解算模块和上位机硬盘模块；所述输入显示模块的输出端与所述采集控制板相连接用于发出控制信号；该采集控制板的输出端通过数据采集和存储模块与所述输入显示模块相连接用于显示多个激光陀螺仪输出的数据信息；该数据采集和存储模块的输出端还与上位机硬盘模块用于保存原始数据信息；所述输入显示模块还与结果存储和查看模块相连接用于请求查看和显示测试结果；所述结果存储和查看模块的输出端还与上位机硬盘模块相连接，用于将该测试结果保存至上位机硬盘模块；所述输入显示模块还与解算模块相连接用于调用解算模块并在测试结束后将测试结果存储至所述结果存储和查看模块。

一种自动评定激光陀螺仪性能的测试方法，包括以下步骤：

步骤1.读取激光陀螺仪的编号和需进行的性能测试项目的名称，并判断该测试项目与温度因数和标度因数的相关性；

步骤2、当判断测试项目与温度因数相关时，根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的零偏温度灵敏度的性能参数；

步骤3、当判断测试项目与标度因数相关时，根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的标度因数温度灵敏度的性能参数；

步骤4、当判断该测试项目与温度因数和标度因数均无关时，则提取激光陀螺仪的输出脉冲数据信息，并根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的常温零偏稳定性和常温零偏重复性、随机游走系数和零偏磁场灵敏度的性能参数。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)当判断该测试项目与温度因数相关时，则提取激光陀螺仪的温度数据信息，并以5度为间隔，在-50度至80度范围内寻找稳定在±0.5度范围内的恒温时间段，并判断寻找到的恒温时间段是否满足时间连续的要求且连续时间超过3h；

(2)若寻找到的恒温时间段满足时间连续的要求且连续时间超过3h，则保存该段被测激光陀螺仪的输出数据并再次判断该测试项目是否与标度因数相关；否则，则舍弃该段数据；

(3)若该测试项目与标度因数有关，则转入步骤3；若该测试项目与标度因数无关，则判断是否已找出全部恒温时间段，若已找出全部恒温时间段，则根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的零偏温度灵敏度的性能参数；若未找出全部恒温时间段，则返回步骤2的第(1)步。

而且，所述步骤3的具体步骤包括：

(1)当判断测试项目与标度因数相关时，则提取激光陀螺仪的输出脉冲数据信息，并按照用户输入的载体转动信息将不同转速下的被测激光陀螺仪输出的脉冲数据按照转速分段保存；

(2)根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的标度因数、标度因数重复性和标度因数非线性度，并基于上述计算结果根据GJB2427中规定的计算公式计算被测激光陀螺仪的标度因数温度灵敏度的性能参数。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明的陀螺仪性能测试系统能够自动判断试验的起止时间，自动起停试验和进行重复测试，每项试验结束时自动对陀螺仪性能指标进行解算和保存。

2、本发明的自动评定激光陀螺仪性能的测试方法中，实验人员在将陀螺仪安装到位后，只需输入简单的测试信息，经过一个测试周期就能够自动获得陀螺仪的多次重复测试结果，不需对测试设备和电源、转台等仪器仪表等进行操作。而传统的陀螺仪性能测试方法中所利用的测试设备多、设备间连接关系复杂，需测试人员频繁操作测试设备，人工处理试验数据量大的缺点相比，本发明的测试方法更加规范，操作更加简洁，节约了试验成本，提高了测试的可操作性和可靠性。

附图说明

图1是本发明的系统连接电路的信号流程图；

图2是本发明的上位机内人机交互软件的信息流程示意图；

图3是本发明的自动评定激光陀螺仪性能的测试方法的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统，如图1所示，包括多个激光陀螺仪、敏感量信号采集控制器、上位机和UPS电源；所述敏感量信号采集控制器包括机箱及其内部的采集控制电路；所述采集控电路包括采集控制板、AC/DC模块和DC/DC模块；

所述UPS电源的输出端与上位机相连接并为其供电，该UPS电源的输出端还依次通过AC/DC模块和DC/DC模块分别与采集控制板和多个激光陀螺仪的输入端相连接并为其供电；所述采集控制板的输入端与多个激光陀螺仪相连接用于采集多个激光陀螺仪的敏感量电信号并将该敏感量电信号转换为数字信号后将多个激光陀螺仪的敏感量、抖动和温度的原始数据信息传送至上位机进行计算和保存；所述上位机的输出端还与采集控制板相连接，用于向所述采集控制板发出控制信号，该采集控制板的输出端还与DC/DC模块相连接，用于当操作者发出结束测试命令时或当激光陀螺仪输出异常时切断激光陀螺仪电源。

所述采集控制板包括FPGA模块和RS422串口模块；该FPGA模块和RS422串口模块相连接用于多个激光陀螺仪的敏感量电信号并将该敏感量电信号转换为数字信号后上传至上位机。

在本实施例中，所述激光陀螺仪的个数为1至6个。

在本实施例中，所述包括多个激光陀螺仪、敏感量信号采集控制器、上位机和UPS电源之间通过有线方式连接在一起。

在本实施例中，所述敏感量信号采集控制器的机箱结构采用模块化、无线化设计，机箱内结构紧凑，硬件模块间采用同一块模板设计，增加信号的可靠性和抗干扰能力，具有较强的电磁兼容能力、高扩展度及高可靠性等特点。采集控制电路部分安装在同一个加固机箱内采用印制底板连接，对外连接器与加固机箱之间也采用印制底板进行连接，从而将机箱内的导线连接降至最少，增加信号的可靠性和抗干扰能力。

下面对该自动评定激光陀螺仪性能的测试系统的硬件模块的构成、各个硬件模块的作用以及各模块之间的信号传递流程进行说明：

所述UPS电源提供多个激光陀螺仪工作所需的电源；所述采集控制板采集多个激光陀螺仪输出信号；外电220V依次通过AC/DC模块和DC/DC模块为多个激光陀螺仪提供工作电源的同时为采集控制板提供+5V工作电源。所述所述采集控制板包括连接在一起的FPGA模块和RS422串口模块，其作用是将激光陀螺仪输出的TTL电平信号，通过FPGA转换成数字信号后通过RS422串口将多个激光陀螺仪敏感量信号和陀螺仪的抖动、温度等信息发送给上位机。上位机向采集控制板发出启动测试、停止测试、故障等控制信号，同时采集保存所述采集控制板输出的陀螺仪信息。其系统连接电路的信号流程图如图1所示，UPS提供在线不间断电源保障，在临时断电状态下保证陀螺仪测试的连续性，避免切换电瞬间对陀螺仪造成的损坏。

所述上位机包括输入显示模块、数据采集和存储模块、结果存储和查看模块、解算模块和上位机硬盘模块；所述输入显示模块的输出端与所述采集控制板相连接用于发出控制信号；该采集控制板的输出端通过数据采集和存储模块与所述输入显示模块相连接用于显示多个激光陀螺仪输出的数据信息；该数据采集和存储模块的输出端还与上位机硬盘模块用于保存原始数据信息；所述输入显示模块还与结果存储和查看模块相连接用于请求查看和显示测试结果；所述结果存储和查看模块的输出端还与上位机硬盘模块相连接，用于将该测试结果保存至上位机硬盘模块；所述输入显示模块还与解算模块相连接用于调用解算模块并在测试结束后将测试结果存储至所述结果存储和查看模块。

下面对该自动评定激光陀螺仪性能的测试系统的软件的构成及工作流程进行说明：

上位机通过内置软件采集和保存多个激光陀螺仪原始数据，计算和保存激光陀螺仪测试结果。具体来说，上位机的主程序负责各程序模块的调度和主要试验阶段的判断等。上位机利用Matlab编制解算软件，自动判断陀螺仪工作状态和解算陀螺仪测试结果；上位机利用Vc++编写人机交互软件和转台控制软件，测试者输入基本信息后经过自动测试周期直接查看测试结果。

采用Vc++语言编制人机交互软件，提供数据显示与保存、结果查看等功能，以及提供与用户、解算软件之间的通讯接口。所述上位机的人机交互界面包括输入显示模块、结果存储和查看模块、数据采集和存储模块和解算模块(对应于图2中的解算软件)，其主要信息流程示意图如图2所示。

本发明的人机交互界面通过输入显示模块，试验人员可以装订与测试有关的基本信息，同时实时观察激光陀螺仪的输出脉冲数、抖幅、抖频、温度以及相关曲线、当前测试项目的进展阶段和工作日志等信息。结果查看模块负责将解算软件返回的测试结果进行保存，以及查询已经完成的陀螺仪测试项目的试验结果。数据采集和存储模块负责输出激光陀螺仪原始数据信息，并根据试验人员输入的基本信息进行分类保存。

其中，激光陀螺仪性能评定测试过程软件工作流程：

(1)操作者在人机交互界面向输入显示模块输入启动测试命令、陀螺仪基本信息、测试内容等测试信息，发起测试；

(2)输入显示模块将控制命令发送给采集控制板，完成通电过程；

(3)激光陀螺仪通电后输出敏感量信息通过采集控制板上传到上位机，数据采集和存储模块将收到的数据保存到上位机硬盘内，同时在输入显示模块显示陀螺仪输出内容；

(4)当操作者发出结束测试命令时，采集控制板切断陀螺仪电源，同时，输入显示模块调用解算软件，解算软件根据测试内容计算测试结果，将结果通过结果存储和查看模块保存到上位机硬盘内。

其中，激光陀螺仪性能评定结果查看过程软件工作流程：

(1)操作者在人机交互界面向输入显示模块输入查看命令，选择要查看陀螺仪的编号和查看内容；

(2)输入显示模块调用结果存储和查看模块，从上位机硬盘读取相应信息，在人机交互界面显示；

(3)输入显示模块实时将陀螺仪输出内容在人机交互界面通过数字或图形等形式显示；

也可在人机交互界面输入预约操作内容，输入显示模块将根据操作者输入的时间、开关机命令自动执行开关机动作，并在工作日志中记录已执行命令的时间和内容；

(4)输入显示模块观察陀螺仪输出信息判断陀螺仪工作状态，当陀螺仪输出异常时自动向采集控制板发出切断电源命令，并发出告警音，起到安全和保护陀螺仪的作用。

上位机利用Vc++编写人机交互软件和转台控制软件，在进行与标度因数有关的测试时启动转台控制软件，控制软件按照设定的转速和方向，通过RS232串口定时向转台发送命令报文，报文类型包括转动位置或速率参数、转动起始或停止命令，同时接收转台回传的位置和速率信息。

利用Matlab编制解算模块内置的解算软件对激光陀螺仪性能进行评定，其工作流程主要包括提取数据、判断工作状态、数据截取、指标解算和输出结果。解算软件对提取到的阶段试验数据首先判断与陀螺仪有关的工作状态，包括温度、载体转速等，将不同工作状态下的数据分别处理，再根据GJB2427中规定的计算方法，求出本阶段试验得到的陀螺仪性能参数，将计算结果输出。

利用激光陀螺仪性能测试系统可进行的陀螺仪性能评定项目包括：常温零偏稳定性和常温零偏重复性、随机游走系数、标度因数重复性、标度因数非线性度、零偏磁场灵敏度、零偏温度灵敏度、标度因数温度灵敏度，分别实现相应陀螺仪性能参数的求取。在本实施例中，以常温零偏稳定性、常温零偏重复性以及标度因数温度灵敏度试验为例，其评定过程如下：

其中，常温零偏稳定性和常温零偏重复性的评定过程为：

(1)打开UPS电源开关，为自动评定激光陀螺仪性能的测试系统供电。

(2)将自动评定激光陀螺仪性能的测试系统接通电源后，将激光陀螺仪安装到满足要求的试验基座上，接通激光陀螺仪与性能测试系统，打开人机交互软件，输入激光陀螺仪的编号、需进行的性能评定项目的名称等基本信息，发出开始命令。

(3)上位机自动实现重复试验和结果解算：本发明的上位机在约3天时间内通过定时控制激光陀螺仪的电源的通断，完成7次激光陀螺仪零偏的测试；每当激光陀螺仪输出信息中断超过规定的时间，图2中所示的主程序将自动调用解算程序，求出本次测试的常温零偏稳定性结果，并保存相关信息，然后等待陀螺仪再次输出信息后继续实现录取、保存、解算等功能。完成2次及2次以上重复试验，计算并保存常温零偏重复性结果。

(4)全部重复试验结束后，性能测试系统自动关闭陀螺仪电源开关，处于等待新指令的阶段。试验人员在试验过程中随时可通过查看界面查看已完成的常温零偏稳定性和常温零偏重复性结果。

其中，标度因数温度灵敏度的评定过程为：

(1)将激光陀螺仪安装到满足要求的试验环境内，接通激光陀螺仪与性能测试系统，打开人机交互软件，输入陀螺仪的编号、即将进行的性能评定项目的名称等基本信息，发出开始命令；

(2)打开性能测试系统上的电源开关，为陀螺仪供电；

(3)设定温度循环曲线，启动温度试验箱；

(4)打开转台工作控制软件，输入规定的转动程序，控制转台按照要求的程序控制转台的启动和停止；

(5)试验全部结束后，试验人员点击人机交互界面上的关闭串口按钮，主程序将自动调用解算程序，解算程序根据陀螺仪的温度和敏感信息变化等情况，将所需的有效试验数据进行提取，解算出陀螺仪的标度因数温度灵敏度并保存。

一种自动评定激光陀螺仪性能的测试方法，包括以下步骤：

步骤1.读取激光陀螺仪的编号和需进行的性能测试项目的名称，并判断该测试项目与温度因数和标度因数的相关性。

步骤2、当判断测试项目与温度因数相关时，根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的零偏温度灵敏度的性能参数。

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)当判断该测试项目与温度因数相关时，则提取激光陀螺仪的温度数据信息，并以5度为间隔，在-50度至80度范围内寻找稳定在±0.5度范围内的恒温时间段，并判断寻找到的恒温时间段是否满足时间连续的要求且连续时间超过3h；

(2)若寻找到的恒温时间段满足时间连续的要求且连续时间超过3h，则保存该段被测激光陀螺仪的输出数据并再次判断该测试项目是否与标度因数相关；否则，则舍弃该段数据；

(3)若该测试项目与标度因数有关，则转入步骤3；若该测试项目与标度因数无关，则判断是否已找出全部恒温时间段，若已找出全部恒温时间段，则根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的零偏温度灵敏度的性能参数；若未找出全部恒温时间段，则返回步骤2的第(1)步。

步骤3、当判断测试项目与标度因数相关时，根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的标度因数温度灵敏度的性能参数。

所述步骤3的具体步骤包括：

(1)当判断测试项目与标度因数相关时，则提取激光陀螺仪的输出脉冲数据信息，并按照用户输入的载体转动信息将不同转速下的被测激光陀螺仪输出的脉冲数据按照转速分段保存；

(2)根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的标度因数、标度因数重复性和标度因数非线性度，并基于上述计算结果根据GJB2427中规定的计算公式计算被测激光陀螺仪的标度因数温度灵敏度的性能参数。

步骤4、当判断该测试项目与温度因数和标度因数均无关时，则提取激光陀螺仪的输出脉冲数据信息，并根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的常温零偏稳定性和常温零偏重复性、随机游走系数和零偏磁场灵敏度的性能参数。

本发明的自动评定激光陀螺仪性能的测试系统改变传统测试繁琐的实验设备和操作，规范了测试流程，实现了自动测试，提高测试的可操作性和可靠性，节约试验成本。该系统经过40余只激光陀螺仪的测试试验，测试结果可靠，经过测试后的陀螺仪应用在船用、陆用惯性导航系统上，为导航系统赢得宝贵的科研实验时间，证明本发明的系统具有良好的性能。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统的测试方法，其特征在于：所述自动评定激光陀螺仪性能的测试系统包括多个激光陀螺仪、敏感量信号采集控制器、上位机和UPS电源；所述敏感量信号采集控制器包括机箱及其内部的采集控制电路；所述采集控电路包括采集控制板、AC/DC模块和DC/DC模块；

所述UPS电源的输出端与上位机相连接并为其供电，该UPS电源的输出端还依次连接AC/DC模块和DC/DC模块，该DC/DC模块的输出端分别与采集控制板和多个激光陀螺仪的输入端相连接并为其供电；所述采集控制板的输入端与多个激光陀螺仪相连接用于采集多个激光陀螺仪的敏感量电信号并将该敏感量电信号转换为数字信号后将多个激光陀螺仪的敏感量、抖动和温度的原始数据信息传送至上位机进行计算和保存；所述上位机的输出端还与采集控制板相连接，用于向所述采集控制板发出控制信号，该采集控制板的输出端还与DC/DC模块相连接，用于当操作者发出结束测试命令时或当激光陀螺仪输出异常时切断激光陀螺仪电源；

所述采集控制板包括FPGA模块和RS422串口模块；该FPGA模块和RS422串口模块相连接用于多个激光陀螺仪的敏感量电信号并将该敏感量电信号转换为数字信号后上传至上位机；

所述上位机包括输入显示模块、数据采集和存储模块、结果存储和查看模块、解算模块和上位机硬盘模块；所述输入显示模块的输出端与所述采集控制板相连接用于发出控制信号；该采集控制板的输出端通过数据采集和存储模块与所述输入显示模块相连接用于显示多个激光陀螺仪输出的数据信息；该数据采集和存储模块的输出端还与上位机硬盘模块用于保存原始数据信息；所述输入显示模块还与结果存储和查看模块相连接用于请求查看和显示测试结果；所述结果存储和查看模块的输出端还与上位机硬盘模块相连接，用于将该测试结果保存至上位机硬盘模块；所述输入显示模块还与解算模块相连接用于调用解算模块并在测试结束后将测试结果存储至所述结果存储和查看模块；

所述自动评定激光陀螺仪性能的测试系统的测试方法，包括以下步骤：

步骤1、读取激光陀螺仪的编号和需进行的性能测试项目的名称，并判断该测试项目与温度因数和标度因数的相关性；

步骤2、当判断测试项目与温度因数相关时，根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的零偏温度灵敏度的性能参数；

步骤3、当判断测试项目与标度因数相关时，根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的标度因数温度灵敏度的性能参数；

步骤4、当判断该测试项目与温度因数和标度因数均无关时，则提取激光陀螺仪的输出脉冲数据信息，并根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的常温零偏稳定性和常温零偏重复性、随机游走系数和零偏磁场灵敏度的性能参数。

2.根据权利要求1所述的一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：

(1)当判断该测试项目与温度因数相关时，则提取激光陀螺仪的温度数据信息，并以5度为间隔，在-50度至80度范围内寻找稳定在±0.5度范围内的恒温时间段，并判断寻找到的恒温时间段是否满足时间连续的要求且连续时间超过3h；

(2)若寻找到的恒温时间段满足时间连续的要求且连续时间超过3h，则保存该段被测激光陀螺仪的输出数据并再次判断该测试项目是否与标度因数相关；否则，则舍弃该段数据；

(3)若该测试项目与标度因数有关，则转入步骤3；若该测试项目与标度因数无关，则判断是否已找出全部恒温时间段，若已找出全部恒温时间段，则根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的零偏温度灵敏度的性能参数；若未找出全部恒温时间段，则返回步骤2的第(1)步。

3.根据权利要求1或2所述的一种自动评定激光陀螺仪性能的测试系统的测试方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤包括：

(1)当判断测试项目与标度因数相关时，则提取激光陀螺仪的输出脉冲数据信息，并按照用户输入的载体转动信息将不同转速下的被测激光陀螺仪输出的脉冲数据按照转速分段保存；

(2)根据GJB2427中规定的计算方法求取被测激光陀螺仪的标度因数、标度因数重复性和标度因数非线性度，并基于上述计算结果根据GJB2427中规定的计算公式计算被测激光陀螺仪的标度因数温度灵敏度的性能参数。