CN108460205B

CN108460205B - 一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法及系统

Info

Publication number: CN108460205B
Application number: CN201810162394.9A
Authority: CN
Inventors: 黄宇嵩; 段传辉; 张轫; 任立新; 何艳; 宋可桢
Original assignee: China Academy of Space Technology CAST
Current assignee: China Academy of Space Technology CAST
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2038-02-27
Also published as: CN108460205A

Abstract

一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法及系统，采用基于Lua脚本语言的自动化信号源标定方法，通过数据准备模块、数据记录模块、数据处理模块和数据注入模块，实现多组标称数据和实际数据的记录，基于最小二乘法的自动拟合计算，和标定结果的指令自主构造和自主注入，实现平台敏感器信号源标定的自动化。各功能模块可根据不同应用平台和不同敏感器部件进行自由配置，具有一定的可扩展性。该系统及方法最大程度上减少人为操作的步骤，大幅提高了平台敏感器信号源标定过程的效率和准确性。

Description

一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法及系统

技术领域

本发明涉及平台地面测试领域，特别是一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法及系统。

背景技术

敏感器是平台控制系统中的一类重要组成部件，平台的闭路控制一般由控制器、敏感器和执行器等部件组成。平台的闭路测试设备一般主要由数据仿真计算机、信号源等设备组成。平台控制系统闭路测试时，由数据仿真计算机产生激励数据，传输给敏感器，敏感器将采样数据发送给控制器，控制器经过计算将控制指令发送给执行器，执行器将执行结果反馈给数据仿真计算机，构成闭路测试。以航天器平台为例，常见的敏感器部件有陀螺、加速度计、地球敏感器、太阳敏感器和恒星敏感器等。

敏感器部件的激励信号由数据仿真计算机计算后经信号源发送给平台敏感器。由于数据协议和信号链路的精度限制，敏感器接收到的激励信号会产生一定线性误差。另外，针对陀螺部件，由于地球自转的原因，当平台处于不同的摆放方位时，地球自转产生的角速度投影在陀螺的各个测量轴上会导致激励信号的偏差。敏感器的激励信号，是平台在进行闭路测试过程中的输入信号，当对平台敏感器测试精度要求比较高时，如果不进行信号源标定，敏感器测量值产生偏差，则控制器输出则会有误差，最终的控制精度将无法保证，甚至会出现数据发散的情况。因此，在使用敏感器信号源之前，都需要对此类部件的激励信号进行标定后，才能进行后续的平台测试工作。

以航天器平台为例，传统的信号源标定方法，首先需要设置多组部件的激励数据，比如若干组地球敏感器的滚动、俯仰角数据，若干组陀螺X、Y、Z、S轴的角速度数据，分别记录下在数据仿真计算机中设置的数值和平台遥测下传的数值，然后在EXCEL等具有拟合功能的软件中进行线性拟合计算，计算出拟合曲线的斜率和截距值，最后通过地面设备指令将拟合数据注入到数据仿真计算机，对激励数据进行标定补偿，完成信号源标定操作。整个过程一般需要几个小时才能完成，因为数据量非常大，如果拟合曲线出现野值，则说明记录数据有误，还需要返回进行核查，效率非常低下。

当前普遍采用的信号源标定方法不能借助计算机自动实施，需要人工操作的工作量较大，在标定时需要手工记录大量数据并进行人工处理，测试效率较低，使得整个信号源标定过程缺乏自动化，并容易出现数据记录错误而造成返工。另外，传统方法实现过程复杂，操作门槛高，通用性较差，不同平台在进行此项工作时，需要对表格文件和测试细则进行大量适应性修改才能开展工作。当并行测试的平台过多时，传统的信号源标定方法会大大增加时间成本。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法及系统，解决了某些平台敏感器信号源标定过程不能自动实施，需要人工操作的工作量较大，在标定时需要手工记录大量数据并进行人工处理，数据记录的误差还会导致标定的不准确，测试效率、通用性和可扩展性较低的问题，实现了在信号源标定过程中，根据配置自主进行数据记录和拟合计算，并自主生成注入指令，实现整个标定过程的无人干预，提高了测试效率和准确度

本发明的技术解决方案是：一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法，包括如下步骤：

(1)给平台、待标定的敏感器部件加电并初始化；

(2)对数据记录文件、数据缓存文件进行清空和初始化，并在日志文件中记录；所述的数据记录文件记录激励数据样本和平台遥测下传的待标定敏感器信号源的实际遥测数值；所述的数据缓存文件记录数据拟合处理过程中的临时数据；

(3)获取激励数据样本，同时采集平台下传的待标定敏感器信号源遥测数值，在数据记录文件中记录激励数据样本和待标定敏感器信号源遥测数值；所述的激励数据样本为输入敏感器信号源的实际工作中的标称数据，该数据模拟敏感器信号源实际工作的采集数值；

(4)得到多组平台待标定敏感器信号源采集数值后，根据激励数据样本、待标定敏感器信号源遥测数值进行基于最小二乘法的线性拟合计算，得到每个待标定敏感器信号源参数的斜率和截距值；

(5)得到各个待标定敏感器信号源参数的斜率和截距值，构造敏感器信号源参数的补偿系数指令，并自主发送回信号源，完成信号源标定过程。

所述的步骤(2)-步骤(5)通过Lua脚本语言实现。

一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定系统，包括数据准备模块、数据记录模块、数据处理模块、数据注入模块、数据仿真计算机，其中：

数据准备模块：实现数据清空和准备，在进行不同敏感器部件信号源标定，或者多次进行标定前，数据准备功能模块需要对数据记录文件、数据缓存文件进行清空和初始化，为每次标定做准备，并在日志文件中记录每次敏感器信号源标定的数据量、标定部件、标定时间；

数据记录模块：实现激励数据样本生成与输入、敏感器部件遥测数据采集，根据不同的敏感器部件生成模拟各个敏感器采集数据的标称激励数据样本，同时通过数据仿真计算机和信号源输入给相应敏感器，模拟敏感器部件工作状态，然后采集各个敏感器信号源下传的遥测数据，记录到数据记录文件中，并对数据进行编号；

数据处理模块：实现敏感器信号源标定数据的拟合处理和结果记录，提取数据记录模块记录在数据记录文件中的遥测数值，通过基于最小二乘法的线性拟合计算，计算出每个敏感器信号源的待标定参数的斜率和截距值，然后将各个敏感器信号源的每组标定数据记录在数据记录文件中，并在日志文件中记录标定结果；

数据注入模块：实现敏感器信号源标定结果的自主补偿等功能；提取数据处理模块记录在数据记录文件中的敏感器信号源标定结果数据，构造敏感器信号源参数的补偿系数指令，并将补偿参数自动注入到数据仿真计算机，再由数据仿真计算机将修正后的激励数据分发到相应待标定敏感器信号源中，完成信号源标定过程。

数据仿真计算机：实现敏感器信号源激励数据的处理和分发，以及接收标称激励数据和信号源标定结果，数据仿真计算机是各敏感器信号源的数据输入端，在信号源标定模式下将标称激励数据处理成各信号源的输入数据，否则将信号源标定的结果进行处理，修正各敏感器信号源的输入数据。

所述的待标定参数为地球敏感器的地球滚动角、地球俯仰角或者陀螺的X轴、Y轴、Z轴、S轴角速度。

一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过基于Lua的脚本实现的自主进行敏感器信号源标定数据准备和记录功能，解决了人工进行敏感器激励数据样本编制和进行数据判读、记录的低效率、高出错率问题，大大降低工作量，提高了效率和准确性；

(2)本发明通过基于Lua的脚本实现的敏感器信号源标定数据处理功能，免去了人工进行数据拟合的过程，可实现多敏感器多类型数据同时处理的特性，具有高效率和高准确性的优点；

(3)本发明通过基于Lua的脚本实现的敏感器信号源标自主补偿功能，可实现信号源标定结果的自主计算和注入，相比传统方法更具有实用性。

附图说明

图1为基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法实施流程。

图2为基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定系统框图。

具体实施方式

本发明针对现有技术的不足，提出一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法及系统，在信号源标定过程中，自主进行数据记录和拟合计算，并自主生成注入指令并进行补偿，实现整个敏感器信号源标定过程的无人干预，大幅提高了测试过程的效率和准确性；同时当需要移植到不同平台或增加新的敏感器时，只需进行简单的参数调整即可实现，具有很好的通用性和可扩展性。

如图1所示为基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法实施流程，如图2所示为基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定系统框图，本发明基于脚本语言的自动化标定方法应最大程度上减少人为操作的步骤，实现数据空间的准备，测试过程中多组标称数据和实际数据的记录，基于最小二乘法的自动拟合计算，和标定结果的指令自主构造和注入，同时应具备一定程度的可配置性和可扩展性。具体实施的步骤如下：

(1)先明确平台各阶段的测试工作，涉及到哪些需要标定的敏感器部件，根据不同部件的特点和参数形式，需设计针对不同部件进行自动化标定的Lua执行脚本。

(2)用于标定各个敏感器部件的Lua脚本，以自定义指令的形式引用，需要定义专用的相关指令的指令代号、参数数量和参数输入格式，以便在设计信号源标定测试序列时进行引用。

(3)在进行不同的部件信号源标定，或者多次进行标定前，通过在测试序列中调用Lua脚本，定义数据记录文件，并对数据记录文件进行清空和初始化，为每次标定做准备。

(4)在信号源标定过程中，通过Lua脚本语言实现激励数据生成，每个敏感器设置的标称激励数值和平台遥测下传的敏感器遥测数据需要进行分别的记录和存储，分别存储到日志文件和数据记录文件中。

(5)在记录了足够的数据样本后，提取出每个部件的各组数据，进行基于最小二乘法的线性拟合计算，将拟合计算结果自动存储到数据记录文件；同时将中间过程数据和拟合结果记录到日志文件。

(6)数据处理完成后，从拟合结果中提取需要的标定结果，即拟合曲线的斜率和截距值，并通过脚本语言进行标定补偿数据的计算和补偿指令的自主构造，在设计测试序列时引用脚本，将实现标定结果自主注入数据仿真计算机中，下面结合实施例对本发明做进一步说明。

1、平台和地面设备的初始化准备

给地面设备加电并初始化，给平台加电并初始化，根据需要标定的敏感器部件，对需要标定的敏感器部件进行加电操作，设置平台模式为待命模式，设置数据仿真计算机为信号源标定模式。

2、数据文件清空和准备

在进行标定之前，首先设置好信号源标定的脚本参数，包括敏感器数量、敏感器类型、数据样本大小、数据样本参数范围，然后通过调用Lua脚本，对数据记录文件、数据缓存文件等存储空间进行清空和初始化，同时在日志文件中记录相应的日志信息。

3、标定数据循环记录

数据文件准备完毕后，通过调用Lua脚本，生成信号源标定的标称激励数据，在数据记录文件中分别记录标称激励数据和平台遥测下传的敏感器遥测数据，生成的激励数据参数范围和需要记录的样本空间大小已经在数据准备时定义。

4、数据处理和拟合计算

记录多组样本数据后，通过调用Lua脚本，提取所有的样本数据，并进行基于最小二乘法的线性拟合计算，计算出每个待标定参数(如地球敏感器的一个地球角或者陀螺的一个轴)的斜率和截距值。最小二乘法计算方法如下。

a、b分别为拟合直线y＝ax+b的斜率和截距，x_i为敏感器标称激励数据样本，y_i为敏感器遥测数据样本，n为数据样本的组数。

5、标定结果构造和注入

在完成标定数据的拟合计算后，通过调用Lua脚本，自动进行最小二乘法拟合曲线的斜率和截距值的提取，并进行数据仿真计算机补偿指令的构造，之后自动注入信号源标定结果。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)给平台、待标定的敏感器部件加电并初始化；

2.根据权利要求1所述的一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定方法，其特征在于：所述的步骤(2)-步骤(5)通过Lua脚本语言实现。

3.一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定系统，其特征在于包括数据准备模块、数据记录模块、数据处理模块、数据注入模块、数据仿真计算机，其中：

数据注入模块：实现敏感器信号源标定结果的自主补偿功能；提取数据处理模块记录在数据记录文件中的敏感器信号源标定结果数据，构造敏感器信号源参数的补偿系数指令，并将补偿参数自动注入到数据仿真计算机，再由数据仿真计算机将修正后的激励数据分发到相应待标定敏感器信号源中，完成信号源标定过程；

4.根据权利要求3所述的一种基于Lua脚本语言的平台敏感器信号源标定系统，其特征在于：所述的待标定参数为地球敏感器的地球滚动角、地球俯仰角或者陀螺的X轴、Y轴、Z轴、S轴角速度。

5.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述方法的步骤。