CN109631949A - 一种光纤捷联惯导设备测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤捷联惯导设备测试装置，包括处理器及与处理器电连接的外部接口转换电路，所述外部接口转换电路包括正交编码器处理模块、同步脉冲生成模块、设备数据接收模块及通信调试模块。本发明还公开了使用上述光纤捷联惯导设备测试装置对光纤捷联惯导设备进行测试的方法，采用本发明公开的测试装置和方法，能够实现对光纤捷联惯导设备升沉位移精度的测试。

Description

一种光纤捷联惯导设备测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及船用惯性导航技术领域，尤其涉及一种光纤捷联惯导设备测试装置及测试方法。

背景技术

光纤捷联惯导设备主要应用于水面舰艇，为舰艇提供升沉位移、水平姿态和航向等信息，其提供的信息要求实时性，所以一般都有时统要求。时统信号是同步脉冲信号，统一由舰船上时统装置发送到每个设备。

但是目前光纤捷联惯导设备在生产厂家进行调试和验收时，没有检验设备升沉位移精度的测试装置。仅对水平姿态和航向信息进行验收时，通过1个脉冲信号给三轴摇摆台和光纤捷联惯导作为时统，获得设备和摇摆台的水平姿态和航向角度精度，进行考核，不进行升沉位移精度考核，有一定的功能局限性。

本发明公开了一种光纤捷联惯导设备测试装置及测试方法，能够发出时统信号给升沉测试平台和光纤捷联惯导设备，实时获取升沉位移信息，测试光纤捷联惯导设备设备升沉位移精度。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何测试光纤捷联惯导设备设备升沉位移精度。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种光纤捷联惯导设备测试装置，包括处理器及与处理器电连接的外部接口转换电路，所述外部接口转换电路包括正交编码器处理模块、同步脉冲生成模块、设备数据接收模块及通信调试模块，其中：

所述正交编码器处理模块的信号输出端与所述处理器的信号输入端电连接，所述正交编码器处理模块的信号输入端与升沉位移测试平台的拉线传感器的信号输出端电连接；

所述同步脉冲生成模块的信号输入端与所述处理器的信号输出端电连接，所述同步脉冲生成模块的信号输出端分别与升沉位移测试平台的信号输入端及光纤捷联惯导设备的信号输入端电连接；

所述设备数据接收模块的信号输出端与所述处理器的信号输入端电连接，所述设备数据接收模块的信号输入端与光纤捷联惯导设备的信号输出端电连接；

所述通信调试模块的信号输入端与所述处理器的信号输出端电连接，所述通信调试模块的信号输出端与调试装置的信号输入端电连接。

优选地，所述外部接口转换电路还包括转台数据接收模块，所述转台数据接收模块的信号输出端与所述处理器电连接，所述转台数据接收模块的信号接收端与三轴摇摆台的信号输出端电连接，所述同步脉冲生成模块的信号输出端还与三轴摇摆台的信号输入端电连接。

优选地，所述同步脉冲生成模块的信号输出端通过电平转换电路分别与光纤捷联惯导设备的信号输入端及三轴摇摆台的信号输入端电连接。

优选地，所述处理器包括定时器，所述定时器具有增量式编码器接口，所述正交编码器处理模块的信号输出端与所述增量式编码器接口电连接。

一种光纤捷联惯导设备测试方法，采用上述的光纤捷联惯导设备测试装置对光纤捷联惯导设备进行测试，包括如下步骤：

S1、将光纤捷联惯导设备与升沉位移测试平台连接；

S2、采用升沉位移测试平台对光纤捷联惯导设备进行测试；

S3、处理器控制同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备；

S4、升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

S5、升沉位移测试平台通过正交编码器处理模块向处理器发送升沉位移信号，光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送与所述升沉位移信号对应的第一升沉位移数据；

S6、处理器基于所述升沉位移信号生成第二升沉位移数据；

S7、通信调试模块发送第一升沉位移数据及第二升沉位移数据至调试装置；

S8、调试装置基于第一升沉位移数据及第二升沉位移数据计算所述光线捷联惯导的升沉位移误差。

优选地，所述外部接口转换电路还包括转台数据接收模块，所述转台数据接收模块的信号输出端与所述处理器电连接，所述转台数据接收模块的信号接收端与三轴摇摆台的信号输出端电连接，所述同步脉冲生成模块的信号输出端还与三轴摇摆台的信号输入端电连接；

所述光纤捷联惯导设备测试方法还包括如下步骤：

将光纤捷联惯导设备与三轴摇摆台连接；

使用三轴摇摆台对光纤捷联惯导设备进行测试；

同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备；

三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

三轴摇摆台通过转台数据接收模块向处理器发送第一姿态及航向信息；

光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送第二姿态及航向信息；

通信调试模块发送第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息至调试装置；

调试装置基于第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息计算所述光线捷联惯导的姿态及航向精度误差。

优选地，所述同步脉冲生成模块的信号输出端通过电平转换电路分别与光纤捷联惯导设备的信号输入端及三轴摇摆台的信号输入端电连接；

所述时统信号为TTL电平信号，所述电平转换电路将时统信号转换为RS-422信号发送至光纤捷联惯导设备，所述电平转换电路将时统信号转换为RS-232信号发送至三轴摇摆台。

优选地，所述光纤捷联惯导设备测试方法还包括如下步骤：

将升沉位移误差与预设升沉位移误差阈值进行比较，当升沉位移误差大于预设升沉位移误差阈值时，则判断光纤捷联惯导设备精度不合格；

将姿态及航向精度误差与预设姿态及航向精度误差阈值进行比较，当姿态及航向精度误差大于预设姿态及航向精度误差阈值时，则判断光纤捷联惯导设备精度不合格；

当升沉位移误差小于或等于预设升沉位移误差阈值且姿态及航向精度误差小于或等于预设姿态及航向精度误差阈值时，判断光纤捷联惯导设备精度合格。

优选地，所述处理器包括定时器，所述定时器具有增量式编码器接口，所述正交编码器处理模块的信号输出端与所述增量式编码器接口电连接，S6包括如下步骤：

S601、将定时器初始化配置为编码器模式；

S602、正交编码器处理模块接收升沉位移测试平台发送的沉位移信号，并对所述升沉位移信号进行滤波及电平转换处理，所述升沉位移信号包括A信号及B信号，A信号及B信号为两个相位差为90度的方波信号；

S603、处理器基于增量式编码器接口对所述沉位移信号进行采样计数并生成第二升沉位移数据。

综上所述，本发明公开了一种光纤捷联惯导设备测试装置，包括处理器及与处理器电连接的外部接口转换电路，所述外部接口转换电路包括正交编码器处理模块、同步脉冲生成模块、设备数据接收模块及通信调试模块。本发明还公开了使用上述光纤捷联惯导设备测试装置对光纤捷联惯导设备进行测试的方法，采用本发明公开的测试装置和方法，能够实现对光纤捷联惯导设备升沉位移精度的测试。

附图说明

为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明公开的一种光纤捷联惯导设备测试装置的结构框图；

图2为本发明公开的一种光纤捷联惯导设备测试方法的流程图。

附图标记说明：处理器100、外部接口转换电路200、正交编码器处理模块201、同步脉冲生成模块202、设备数据接收模块203、通信调试模块204、升沉位移测试平台300、光纤捷联惯导设备400、调试装置500。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种光纤捷联惯导设备测试装置，包括处理器及与处理器电连接的外部接口转换电路，外部接口转换电路包括正交编码器处理模块、同步脉冲生成模块、设备数据接收模块及通信调试模块，其中：

正交编码器处理模块的信号输出端与处理器的信号输入端电连接，正交编码器处理模块的信号输入端与升沉位移测试平台的拉线传感器的信号输出端电连接；

同步脉冲生成模块的信号输入端与处理器的信号输出端电连接，同步脉冲生成模块的信号输出端分别与升沉位移测试平台的信号输入端及光纤捷联惯导设备的信号输入端电连接；

设备数据接收模块的信号输出端与处理器的信号输入端电连接，设备数据接收模块的信号输入端与光纤捷联惯导设备的信号输出端电连接；

通信调试模块的信号输入端与处理器的信号输出端电连接，通信调试模块的信号输出端与调试装置的信号输入端电连接。

采用上述测试装置进行测试时，包括如下步骤：

S1、将光纤捷联惯导设备与升沉位移测试平台连接；

S2、采用升沉位移测试平台对光纤捷联惯导设备进行测试；

S3、处理器控制同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备；

同步脉冲生成模块功能是产生时统信号，目前行业内时统装置大多采用分频电路把1个高精度的时钟分频成1kHz，200Hz，100Hz等几个固定常用时统信号。时统信号发送到三轴摇摆台和深沉测试平台，使三轴摇摆台、深沉测试平台都能在固定时刻发送数据。但是各厂家对时统信号的频率和占空比的要求不尽相同。为了解决这种情况，本发明采用ARM编程实现控制同步脉冲生成模块，输出任意频率和占空比的时统信号。实际使用时，只需通过PC调试装置任意更改时统的输出频率（1Hz-1kHz）与占空比(1%-99%)。

S4、升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

S5、升沉位移测试平台通过正交编码器处理模块向处理器发送升沉位移信号，光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送与升沉位移信号对应的第一升沉位移数据；

S6、处理器基于升沉位移信号生成第二升沉位移数据；

S7、通信调试模块发送第一升沉位移数据及第二升沉位移数据至调试装置；

S8、调试装置基于第一升沉位移数据及第二升沉位移数据计算光线捷联惯导的升沉位移误差。

在本发明中，调试装置包括但不仅限于电脑、平板电脑及其他能够运行调试程序的电子设备。在本发明中，只需将第一升沉位移数据及第二升沉位移数据相减，即可得到升沉位移误差。采用本发明公开的测试装置和方法，能够实现对光纤捷联惯导设备升沉位移精度的测试，解决了现有技术中，无法测试光纤捷联惯导设备升沉位移精度的问题。

具体实施时，外部接口转换电路还包括转台数据接收模块，转台数据接收模块的信号输出端与处理器电连接，转台数据接收模块的信号接收端与三轴摇摆台的信号输出端电连接，同步脉冲生成模块的信号输出端还与三轴摇摆台的信号输入端电连接。

在进行光纤捷联惯导设备测试时，还包括如下步骤：

将光纤捷联惯导设备与三轴摇摆台连接；

使用三轴摇摆台对光纤捷联惯导设备进行测试；

同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备；

三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

三轴摇摆台通过转台数据接收模块向处理器发送第一姿态及航向信息；

光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送第二姿态及航向信息；

通信调试模块发送第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息至调试装置；

调试装置基于第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息计算所述光线捷联惯导的姿态及航向精度误差。

这样，除了可以实现对光纤捷联惯导设备升沉位移精度的测试，还能够同时测试光纤捷联惯导设备的姿态及航向精度，实现了一次测试即完成光线捷联惯导设备的精度测试，提高了光纤捷联惯导设备的测试效率。

具体实施时，同步脉冲生成模块的信号输出端通过电平转换电路分别与光纤捷联惯导设备的信号输入端及三轴摇摆台的信号输入端电连接。

时统信号为TTL电平，通过电平转换电路转换成RS-422差分信号送给光线捷联惯导设备，转成RS-232信号送给三轴摇摆台，电平转换只是对信号类型进行处理，不改变时统信号的频率和占空比，整个装置有且仅有这一个时统信号，从而保证各测试数据的时间的统一性。

具体实施时，处理器包括定时器，定时器具有增量式编码器接口，正交编码器处理模块的信号输出端与增量式编码器接口电连接。

则上述S6包括如下步骤：

S601、将定时器初始化配置为编码器模式；

S602、正交编码器处理模块接收升沉位移测试平台发送的沉位移信号，并对所述升沉位移信号进行滤波及电平转换处理，所述升沉位移信号包括A信号及B信号，A信号及B信号为两个相位差为90度的方波信号；

S603、处理器基于增量式编码器接口对所述沉位移信号进行采样计数并生成第二升沉位移数据。

本发明中处理器可采用ST公司的STM32F407，该处理器运算速度快，外设资源丰富。升沉测试平台中拉线传感器输出的A、B信号是一模一样的两个方波信号，区别只是信号相位差90度，A相超前B相90度，或者B相超前A相90度，信号的相位超前或者滞后只决定计数值的正负，从而判断升沉位移的正负。

STM32F407的定时器有一个特殊的增量式编码器的接口，直接把A、B信号接在处理器特定的引脚，把定时器初始化配置成编码器模式就可以对A、B方波信号进行采样计数。而不需要采用外部中断模式对方波信号进行计数。采用外部中断模式对方波信号进行计数的方式外部终端太多，十分占用CPU，功耗高，甚至可能会丢计数值，影响升沉位移精度计算。

配置定时器步骤按ST官网提供的例程即可，需注意，STM32F407的定时器是16位，最大计数值是65535，于是计数值一定不能溢出，不然计数值会重新开始计数。于是STM32F407设定了一个10ms的中断，每10ms读取一次计数值，读取之后将计数器的值清零。

最后将计数值乘以拉线传感器的量纲就可以得到升沉位移值（第二升沉位移数据）。

如图2所示，本发明还公开了一种光纤捷联惯导设备测试方法，采用上述的光纤捷联惯导设备测试装置对光纤捷联惯导设备进行测试，包括如下步骤：

S1、将光纤捷联惯导设备与升沉位移测试平台连接；

S2、采用升沉位移测试平台对光纤捷联惯导设备进行测试；

S3、处理器控制同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备；

S4、升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

S5、升沉位移测试平台通过正交编码器处理模块向处理器发送升沉位移信号，光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送与升沉位移信号对应的第一升沉位移数据；

S6、处理器基于升沉位移信号生成第二升沉位移数据；

S7、通信调试模块发送第一升沉位移数据及第二升沉位移数据至调试装置；

S8、调试装置基于第一升沉位移数据及第二升沉位移数据计算光线捷联惯导的升沉位移误差。

具体实施时，外部接口转换电路还包括转台数据接收模块，转台数据接收模块的信号输出端与处理器电连接，转台数据接收模块的信号接收端与三轴摇摆台的信号输出端电连接，同步脉冲生成模块的信号输出端还与三轴摇摆台的信号输入端电连接；

光纤捷联惯导设备测试方法还包括如下步骤：

将光纤捷联惯导设备与三轴摇摆台连接；

使用三轴摇摆台对光纤捷联惯导设备进行测试；

同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备；

三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

三轴摇摆台通过转台数据接收模块向处理器发送第一姿态及航向信息；

光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送第二姿态及航向信息；

通信调试模块发送第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息至调试装置；

调试装置基于第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息计算光线捷联惯导的姿态及航向精度误差。

具体实施时，同步脉冲生成模块的信号输出端通过电平转换电路分别与光纤捷联惯导设备的信号输入端及三轴摇摆台的信号输入端电连接；

时统信号为TTL电平信号，电平转换电路将时统信号转换为RS-422信号发送至光纤捷联惯导设备，电平转换电路将时统信号转换为RS-232信号发送至三轴摇摆台。

具体实施时，所述光纤捷联惯导设备测试方法还包括如下步骤：

将升沉位移误差与预设升沉位移误差阈值进行比较，当升沉位移误差大于预设升沉位移误差阈值时，则判断光纤捷联惯导设备精度不合格；

将姿态及航向精度误差与预设姿态及航向精度误差阈值进行比较，当姿态及航向精度误差大于预设姿态及航向精度误差阈值时，则判断光纤捷联惯导设备精度不合格；

当升沉位移误差小于或等于预设升沉位移误差阈值且姿态及航向精度误差小于或等于预设姿态及航向精度误差阈值时，判断光纤捷联惯导设备精度合格。

具体实施时，处理器包括定时器，定时器具有增量式编码器接口，正交编码器处理模块的信号输出端与增量式编码器接口电连接，S6包括如下步骤：

S601、将定时器初始化配置为编码器模式；

S602、正交编码器处理模块接收升沉位移测试平台发送的沉位移信号，并对升沉位移信号进行滤波及电平转换处理，升沉位移信号包括A信号及B信号，A信号及B信号为两个相位差为90度的方波信号；

S603、处理器基于增量式编码器接口对沉位移信号进行采样计数并生成第二升沉位移数据。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种光纤捷联惯导设备测试装置，其特征在于，包括处理器及与处理器电连接的外部接口转换电路，所述外部接口转换电路包括正交编码器处理模块、同步脉冲生成模块、设备数据接收模块及通信调试模块，其中：

所述正交编码器处理模块的信号输出端与所述处理器的信号输入端电连接，所述正交编码器处理模块的信号输入端与升沉位移测试平台的拉线传感器的信号输出端电连接；

所述同步脉冲生成模块的信号输入端与所述处理器的信号输出端电连接，所述同步脉冲生成模块的信号输出端分别与升沉位移测试平台的信号输入端及光纤捷联惯导设备的信号输入端电连接；

所述设备数据接收模块的信号输出端与所述处理器的信号输入端电连接，所述设备数据接收模块的信号输入端与光纤捷联惯导设备的信号输出端电连接；

所述通信调试模块的信号输入端与所述处理器的信号输出端电连接，所述通信调试模块的信号输出端与调试装置的信号输入端电连接。

2.如权利要求1所述的光纤捷联惯导设备测试装置，其特征在于，所述外部接口转换电路还包括转台数据接收模块，所述转台数据接收模块的信号输出端与所述处理器电连接，所述转台数据接收模块的信号接收端与三轴摇摆台的信号输出端电连接，所述同步脉冲生成模块的信号输出端还与三轴摇摆台的信号输入端电连接。

3.如权利要求2所述的光纤捷联惯导设备测试装置，其特征在于，所述同步脉冲生成模块的信号输出端通过电平转换电路分别与光纤捷联惯导设备的信号输入端及三轴摇摆台的信号输入端电连接。

4.如权利要求1所述的光纤捷联惯导设备测试装置，其特征在于，所述处理器包括定时器，所述定时器具有增量式编码器接口，所述正交编码器处理模块的信号输出端与所述增量式编码器接口电连接。

5.一种光纤捷联惯导设备测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的光纤捷联惯导设备测试装置对光纤捷联惯导设备进行测试，包括如下步骤：

S1、将光纤捷联惯导设备与升沉位移测试平台连接；

S2、采用升沉位移测试平台对光纤捷联惯导设备进行测试；

S3、处理器控制同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备；

S4、升沉位移测试平台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

S5、升沉位移测试平台通过正交编码器处理模块向处理器发送升沉位移信号，光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送与所述升沉位移信号对应的第一升沉位移数据；

S6、处理器基于所述升沉位移信号生成第二升沉位移数据；

S7、通信调试模块发送第一升沉位移数据及第二升沉位移数据至调试装置；

S8、调试装置基于第一升沉位移数据及第二升沉位移数据计算所述光线捷联惯导的升沉位移误差。

6.如权利要求5所述的光纤捷联惯导设备测试方法，其特征在于，所述外部接口转换电路还包括转台数据接收模块，所述转台数据接收模块的信号输出端与所述处理器电连接，所述转台数据接收模块的信号接收端与三轴摇摆台的信号输出端电连接，所述同步脉冲生成模块的信号输出端还与三轴摇摆台的信号输入端电连接；

所述光纤捷联惯导设备测试方法还包括如下步骤：

将光纤捷联惯导设备与三轴摇摆台连接；

使用三轴摇摆台对光纤捷联惯导设备进行测试；

同步脉冲生成模块生成时统信号并发送时统信号至三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备；

三轴摇摆台及光纤捷联惯导设备基于时统信号完成时钟同步；

三轴摇摆台通过转台数据接收模块向处理器发送第一姿态及航向信息；

光纤捷联惯导设备通过设备数据接收模块向处理器发送第二姿态及航向信息；

通信调试模块发送第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息至调试装置；

调试装置基于第一姿态及航向信息及第二姿态及航向信息计算所述光线捷联惯导的姿态及航向精度误差。

7.如权利要求6所述的光纤捷联惯导设备测试方法，其特征在于，所述同步脉冲生成模块的信号输出端通过电平转换电路分别与光纤捷联惯导设备的信号输入端及三轴摇摆台的信号输入端电连接；

所述时统信号为TTL电平信号，所述电平转换电路将时统信号转换为RS-422信号发送至光纤捷联惯导设备，所述电平转换电路将时统信号转换为RS-232信号发送至三轴摇摆台。

8.如权利要求6所述的光纤捷联惯导设备测试方法，其特征在于，所述光纤捷联惯导设备测试方法还包括如下步骤：

将升沉位移误差与预设升沉位移误差阈值进行比较，当升沉位移误差大于预设升沉位移误差阈值时，则判断光纤捷联惯导设备精度不合格；

将姿态及航向精度误差与预设姿态及航向精度误差阈值进行比较，当姿态及航向精度误差大于预设姿态及航向精度误差阈值时，则判断光纤捷联惯导设备精度不合格；

当升沉位移误差小于或等于预设升沉位移误差阈值且姿态及航向精度误差小于或等于预设姿态及航向精度误差阈值时，判断光纤捷联惯导设备精度合格。

9.如权利要求5所述的光纤捷联惯导设备测试方法，其特征在于，所述处理器包括定时器，所述定时器具有增量式编码器接口，所述正交编码器处理模块的信号输出端与所述增量式编码器接口电连接，S6包括如下步骤：

S601、将定时器初始化配置为编码器模式；

S602、正交编码器处理模块接收升沉位移测试平台发送的沉位移信号，并对所述升沉位移信号进行滤波及电平转换处理，所述升沉位移信号包括A信号及B信号，A信号及B信号为两个相位差为90度的方波信号；

S603、处理器基于增量式编码器接口对所述沉位移信号进行采样计数并生成第二升沉位移数据。