CN110006458A - 一种用于激光捷联惯组的标定装置和标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光捷联惯组的标定装置和标定方法，解决现有标定过程、调测过程复杂低效技术问题。包括：双轴转台，用于为承载的激光捷联惯组提供方位角度和俯仰角度的受控变化状态；测试主机，用于根据预置数据处理规程和规程交互数据形成受控电源通道和数据通道，形成激光捷联惯组的标定或测试过程；程控电源，用于根据测试主机的控制数据形成工作电源输出；一体化交互设备，用于提供与测试主机交互数据适配的图形显示设备和集成的交互输入设备。使得IMU标定过程全程可控可验证。利用测试主机的数据通道调度能力为实现激光捷联惯组的端口、系统测试提供了硬件基础。实现了现有标定、验证和测试过程的数据实时展示和实时交互的集成。

Description

一种用于激光捷联惯组的标定装置和标定方法

技术领域

本发明涉及惯性导航技术领域，具体涉及一种用于激光捷联惯组的标定装置和标定方法。

背景技术

现有技术中，激光捷联惯组作为精密的导航设备进行参数标定是展开惯性导航的前提，标定结果对惯性导航精度产生直接影响。目前为保持激光捷联惯组的导航精度，需要在其使用一段时间之后对其相关参数进行重新标定。目前，激光捷联惯组标定时，通常需要将其内部的惯性测量单元(inertia measurement unit，IMU)拆出，并将IMU安装于专门的设备上进行，操作专业性强，对于产品化的激光捷联惯组进行标定需付出较高的人力物力成本。同时，一旦对激光捷联惯组进行拆解还需要对整体设备的各组件进行统测和分测，测试操作复杂。

发明内容

鉴于上述问题，本发明实施例提供一种用于激光捷联惯组的标定装置和标定方法，解决现有标定过程、调测过程复杂低效技术问题。

本发明实施例的用于激光捷联惯组的标定装置，包括：

双轴转台，用于为承载的激光捷联惯组提供方位角度和俯仰角度的受控变化状态；

测试主机，用于根据预置数据处理规程和规程交互数据形成受控电源通道和数据通道，形成所述激光捷联惯组的标定过程或测试过程；

程控电源，用于根据所述测试主机的控制数据形成工作电源输出；

一体化交互设备，用于提供与所述测试主机交互数据适配的图形显示设备和与所述图形显示设备集成的交互输入设备。

本发明一实施例中，所述测试主机包括：

交互数据交换接口，用于建立所述测试主机与所述一体化交互设备间的输入输出数据传输通道；

通信接口，用于形成若干受控的数据传输通道以及电源传输通道；

处理器，用于存储预置数据处理规程，根据交互输入数据运行数据处理规程形成标定过程或测试过程。

本发明一实施例中，所述测试主机中部署：

惯组参数标定模块，用于形成交互显示数据，并根据交互输入数据标定惯组参数；

惯组参数验证模块，用于采集惯组运行时的导航数据并形成惯组实时导航状态和实时控制指令的交互显示数据；

网络功能测试模块，用于形成宽带网络底层交互测试中测试状态和测试指令的交互显示数据；

CAN功能测试模块，用于形成CAN总线底层交互测试中测试状态和测试指令的交互显示数据。

本发明一实施例中，所述惯组参数标定模块包括：

第一交互显示数据形成单元，用于将标定过程中的状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第一指令处理单元，用于形成处理过程的交互激活接口；

第一指令提示信息形成单元，用于形成处理过程的操作流程数据；

装置部件设定单元，用于形成处理过程的初始条件；

设定进程信息形成单元，用于形成处理过程的控制反馈数据；

参数读写单元，用于形成标定过程中的实时标定数据的更新；

参数确认单元，用于形成标定结果中的确定标定数据。

本发明一实施例中，所述惯组参数验证模块包括：

第一交互显示数据形成单元，用于将标定过程中的状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第一指令处理单元，用于形成处理过程的交互激活接口；

第一指令提示信息形成单元，用于形成处理过程的操作流程数据；

装置部件设定单元，用于形成处理过程的初始条件；

设定进程信息形成单元，用于形成处理过程的控制反馈数据；

验证状态更新单元，用于形成数据与状态的动态对比；

验证结果形成单元，用于形成验证结论数据。

本发明一实施例中，所述网络功能测试模块包括：

第二交互显示数据形成单元，用于将测试过程中的网络状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第二指令处理单元，用于形成网络测试过程的交互激活接口；

第二指令提示信息形成单元，用于形成网络测试过程的操作流程数据；

第一测试信息反馈单元，用于形成网络数据与表达信息的形式适配。

本发明一实施例中，所述CAN功能测试模块包括：

第三交互显示数据形成单元，用于将测试过程中的CAN总线状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第三指令处理单元，用于形成CAN测试过程的交互激活接口；

第三指令提示信息形成单元，用于形成CAN测试过程的操作流程数据；

第二测试信息反馈单元，用于形成CAN数据与表达信息的形式适配。

本发明实施例的激光捷联惯组的标定方法，其特征在于，利用上述的用于激光捷联惯组的标定装置，包括如下惯组参数标定过程：

建立标定数据链路，为标定装置各部件加电；

填写基本标定信息，激活激光捷联惯组的主口、从口和转台串口，输入位置信息并进行位置信息装订，启动标定过程；

按照确定转动规程控制双轴转台进行转动形成误差激励输入，同时对激光捷联惯组惯性测量单元测量的原始数据进行采集，并通过预置数据处理规程对激光捷联惯组惯性测量单元的各参数进行估计形成标定过程；

在标定过程中实时更新流程进度信息；若标定过程中有指令未正确执行则对错误进行提示，同时终止标定过程。

本发明实施例的激光捷联惯组的标定方法，利用上述的用于激光捷联惯组的标定装置，包括如下惯组参数标定验证过程：

建立标定数据链路，为标定装置各部件加电；

填写基本标定信息，激活激光捷联惯组的主口、从口和转台串口，输入位置信息并进行位置信息装订，启动验证过程；

按照预置数据处理规程控制激光捷联惯组在特定位置寻北并记录相关数据，通过数据验证当前激光捷联惯组参数是否满足使用需求；

在验证过程中实时更新流程进度信息；若验证过程中有指令未正确执行则对错误进行提示，同时终止验证过程。

本发明实施例的激光捷联惯组的标定方法，利用上述的用于激光捷联惯组的标定装置，包括如下宽带端口测试过程：

建立测试数据链路，为标定装置各部件加电；

在网口功能测试界面观察是否有数据显示，并发送点击按钮发送指令；

观察激光捷联惯组动态姿态是否进行正确响应；

还包括如下CAN总线测试过程：

在CAN口功能测试界面观察是否有数据显示，并发送点击按钮发送指令；

观察激光捷联惯组动态姿态是否进行正确响应。

本发明实施例用于激光捷联惯组的标定装置和标定方法利用双轴转台形成受控的姿态调整过程，将姿态调整过程作为持续误差激励输入数据导入激光捷联惯组的导航自检过程，通过测试主机获得激光捷联惯组的原始误差数据并根据误差量化形成激光捷联惯组的标定数据和标定精度验证。使得 IMU标定过程实现简化，标定过程全程可控、可验证。同时利用测试主机的数据通道调度能力可以实现激光捷联惯组的端口、系统测试，为提升系统功能集成度提供了硬件基础。实现了现有标定、验证和测试过程的数据实时展示和实时交互的集成。

附图说明

图1所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置的架构示意图。

图2所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置中测试主机的主要架构示意图。

图3所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在标定过程中与激光捷联惯组形成的标定数据链路示意图。

图4所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在测试过程中与激光捷联惯组形成的测试数据链路示意图。

图5所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置的测试主机中处理模块的具体部署架构示意图。

图6所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在惯组参数标定过程中形成的交互界面示意图。

图7所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在标定验证过程中形成的交互界面示意图。

图8所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在宽带端口测试过程中形成的交互界面示意图。

图9所示为本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在CAN总线测试过程中形成的交互界面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置如图1所示。在图1中，本实施例中包括：

双轴转台01，用于为承载的激光捷联惯组提供方位角度和俯仰角度的受控变化状态；

双轴转台可以采用包括至少两个转动自由度的转台设备，具有固定载荷的夹持机构。双轴转台包括接收控制数据的通信串口，通信串口可以包括用于本体控制的转台串口，还可以包括用于数据转发的转接串口。

测试主机02，用于根据预置数据处理规程和规程交互数据形成受控电源通道和数据通道，形成激光捷联惯组的标定过程或测试过程；

程控电源03，用于根据测试主机的控制数据形成工作电源输出；

程控电源根据不同控制数据可以形成并保持工作电源的电流、电压、相位、频率和功率等参数，并可以根据控制数据实时修改工作电源参数。

一体化交互设备04，用于提供与测试主机交互数据适配的图形显示设备和与图形显示设备集成的交互输入设备。

一体化交互设备包括显示屏和集成在显示屏上的输入设备，输入设备可以使鼠标、键盘、触摸屏或麦克风。

双轴转台01、测试主机02、程控电源03和一体化交互设备04通过可拆卸的装配部件固定在控制机柜中。

本发明实施例用于激光捷联惯组的标定装置利用双轴转台形成受控的姿态调整过程，将姿态调整过程作为持续误差激励输入数据导入激光捷联惯组的导航自检过程，通过测试主机获得激光捷联惯组的原始误差数据并根据误差量化形成激光捷联惯组的标定数据和标定精度验证。使得IMU标定过程实现简化，标定过程全程可控、可验证。同时利用测试主机的数据通道调度能力可以实现激光捷联惯组的端口、系统测试，为提升系统功能集成度提供了硬件基础。

本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置中测试主机的架构如图2 所示。在图2中，测试主机02包括：

交互数据交换接口，用于建立测试主机与一体化交互设备间的输入输出数据传输通道；

输入输出数据传输通道包括但不限于低速交互设备使用的PS/2接口、 USB接口、语音输入麦克风阵列、DP视频输出接口、VGA视频输出接口、多点触摸屏等。以上各接口共同形成交互数据的双向交换。

通信接口，用于形成若干受控的数据传输通道以及电源传输通道；

通信接口包括与上位系统和下位设备建立专用数据通道的多样性数据接口，可以形成不同类型的并行数据通道，也可以实现不同数据通道间的数据转发。包括但不限于CAN总线接口、宽带网络接口和串行接口。电源传输通道可以利用通信接口间的线序连接形成功率信号的传输和跳接或转接。

处理器，用于存储预置数据处理规程，根据交互输入数据运行数据处理规程形成标定过程或测试过程。可以包括将过程状态数据形成显示输出。

处理器可以采用DSP(Digital Signal Processing)数字信号处理器、FPGA(Field-Programmable Gate Array)现场可编程门阵列、MCU(Microcontroller Unit)系统板、SoC(system on a chip)系统板或包括I/O的PLC(Programmable Logic Controller)最小系统。处理器包括必要的存储器。

本发明实施例用于激光捷联惯组的标定装置中利用测试主机形成标定过程或测试过程，利用通信接口的多样性形成被测载荷激光捷联惯组与转台的协同控制、惯组导航数据采集、数据标定处理、标定验证和被测载荷系统测试，大大提高了标定和测试的装置集成度，改善了标定测试过程的人力成本和设备成本的占用。

本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在标定过程中与激光捷联惯组形成的标定数据链路如图3所示。在图3中，标定装置中测试主机 02包括第一串行接口和第二串行接口，通过第一串行接口线序转接与程控电源03建立数据通道和电源通道。线序转接可以将接口中明确定义的电源引脚(必要时可通过适配部件或转接法兰)转接至专用端口。

双轴转台01包括串行总线，串行总线连接第一转接串行接口和第二转接串行接口，双轴转台01的第一转接串行接口连接测试主机02的第二串行接口，双轴转台01的第二转接串行接口连接激光捷联惯组的数据串行接口。利用串行总线在双轴转台01与测试主机02间建立数据通道、在激光捷联惯组与测试主机02间建立数据通道。

双轴转台01包括转台串行接口，通过转台串行接口线序转接与程控电源03建立电源通道，激光捷联惯组利用转台串行接口线序转接与程控电源 03建立电源通道。

本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置在测试过程中与激光捷联惯组形成的测试数据链路如图4所示。在图4中，标定装置中测试主机 02包括宽带测试接口和CAN测试接口，宽带测试接口连接激光捷联惯组的宽带接口建立宽带数据通道，CAN测试接口连接激光捷联惯组的CAN接口建立CAN总线数据通道。

本实施例中电源连接特征与上述实施例电源连接特征基本保持不变。

如图2所示，在本发明一实施例中，测试主机02中部署：

惯组参数标定模块210，用于形成交互显示数据，并根据交互输入数据标定惯组参数；

惯组参数验证模块220，用于采集惯组运行时的导航数据并形成惯组实时导航状态和实时控制指令的交互显示数据；

网络功能测试模块230，用于形成宽带网络底层交互测试中测试状态和测试指令的交互显示数据；

CAN功能测试模块240，用于形成CAN总线底层交互测试中测试状态和测试指令的交互显示数据。

本发明一实施例用于激光捷联惯组的标定装置的测试主机中处理模块的具体部署架构如图5所示。在图5中，惯组参数标定模块210包括：

通用单元：

第一交互显示数据形成单元211，用于用于将标定过程中的状态数据和输入输出数据形成交互界面。

标定过程包括标定过程和验证过程，交互界面主题为显示界面，状态数据包括控制指令状态、反馈数据状态、读写数据状态、确认数据状态等。

第一指令处理单元212，用于形成处理过程的交互激活接口。

第一指令提示信息形成单元213，用于形成处理过程的操作流程数据。

装置部件设定单元214，用于形成处理过程的初始条件。

设定进程信息形成单元215，用于形成处理过程的控制反馈数据。

标定单元：

参数读写单元216，用于形成标定过程中的实时标定数据的更新。

参数确认单元217，用于形成标定结果中的确定标定数据。

本发明实施例的惯组参数标定模块210形成的交互界面参考图6，保证了现有标定过程的数据实时展示和实时交互的集成度和便捷性。

如图5所示，在本发明一实施例中，在包括上述实施例的通用单元基础上惯组参数验证模块220包括：

验证状态更新单元221，用于形成数据与状态的动态对比。

验证结果形成单元222，用于形成验证结论数据。

本发明实施例的惯组参数验证模块220形成的交互界面参考图7，保证了现有验证过程的数据实时展示和实时交互的集成度和便捷性。

如图5所示，在本发明一实施例中，网络功能测试模块230包括：

第二交互显示数据形成单元231，用于将测试过程中的网络状态数据和输入输出数据形成交互界面。

第二指令处理单元232，用于形成网络测试过程的交互激活接口。

第二指令提示信息形成单元233，用于形成网络测试过程的操作流程数据。

第一测试信息反馈单元234，用于形成网络数据与表达信息的形式适配。

本发明实施例的网络功能测试模块230形成的交互界面参考图8，保证了现有网络测试过程的数据实时展示和实时交互的集成度和便捷性。

如图5所示，在本发明一实施例中，CAN功能测试模块240包括：

第三交互显示数据形成单元241，用于将测试过程中的CAN总线状态数据和输入输出数据形成交互界面。

第三指令处理单元242，用于形成CAN测试过程的交互激活接口。

第三指令提示信息形成单元243，用于形成CAN测试过程的操作流程数据。

第二测试信息反馈单元244，用于形成CAN数据与表达信息的形式适配。

本发明实施例的CAN功能测试模块240形成的交互界面参考图9，保证了现有CAN测试过程的数据实时展示和实时交互的集成度和便捷性。

本发明一实施例利用激光捷联惯组的标定装置形成的标定方法参考图6 形成的交互界面，包括的惯组参数标定过程如下：

建立标定数据链路，为标定装置各部件加电；

填写基本标定信息，激活激光捷联惯组的主(通信)口、从(通信)口和转台串口，输入位置信息并进行位置信息装订，启动标定过程；

按照确定转动规程控制双轴转台进行转动形成误差激励输入，同时对激光捷联惯组惯性测量单元测量的原始数据进行采集，并通过预置数据处理规程对激光捷联惯组惯性测量单元的各参数进行估计形成标定过程；(预置数据处理规程包括给予卡尔曼滤波器的系统高阶误差模型)

在标定过程中实时更新流程进度信息；若标定过程中有指令未正确执行则对错误进行提示，同时终止标定过程。

本发明一实施例利用激光捷联惯组的标定装置形成的标定方法，参考图 7形成的交互界面，包括的惯组参数标定验证过程如下：

建立标定数据链路，为标定装置各部件加电；

填写基本标定信息，激活激光捷联惯组的主(通信)口、从(通信)口和转台串口，输入位置信息并进行位置信息装订，启动验证过程；

按照预置数据处理规程控制激光捷联惯组在特定位置寻北并记录相关数据，通过数据验证当前激光捷联惯组参数是否满足使用需求；

在验证过程中实时更新流程进度信息；若验证过程中有指令未正确执行则对错误进行提示，同时终止验证过程。

本发明一实施例利用激光捷联惯组的标定装置形成的标定方法，参考图 8形成的交互界面，包括的宽带端口测试过程如下：

建立测试数据链路，为标定装置各部件加电；

在网口功能测试界面观察是否有数据显示，并发送点击按钮发送指令；

观察激光捷联惯组动态姿态是否进行正确响应。

本发明一实施例利用激光捷联惯组的标定装置形成的标定方法，参考图 9形成的交互界面，包括的CAN总线测试过程如下：

建立测试数据链路，为标定装置各部件加电；

在CAN口功能测试界面观察是否有数据显示，并发送点击按钮发送指令；

观察激光捷联惯组动态姿态是否进行正确响应。

本发明一实施例中，双轴转台满足以下性能指标：双轴转台位置控制范围为[0，360°)连续旋转；角位置定位精度为±60″；角位置分辨率优于1″；角位置重复性为±10″。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，包括：

双轴转台，用于为承载的激光捷联惯组提供方位角度和俯仰角度的受控变化状态；

测试主机，用于根据预置数据处理规程和规程交互数据形成受控电源通道和数据通道，形成所述激光捷联惯组的标定过程或测试过程；

程控电源，用于根据所述测试主机的控制数据形成工作电源输出；

一体化交互设备，用于提供与所述测试主机交互数据适配的图形显示设备和与所述图形显示设备集成的交互输入设备。

2.如权利要求1所述的用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，所述测试主机包括：

交互数据交换接口，用于建立所述测试主机与所述一体化交互设备间的输入输出数据传输通道；

通信接口，用于形成若干受控的数据传输通道以及电源传输通道；

处理器，用于存储预置数据处理规程，根据交互输入数据运行数据处理规程形成标定过程或测试过程。

3.如权利要求2所述的用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，所述测试主机中部署：

惯组参数标定模块，用于形成交互显示数据，并根据交互输入数据标定惯组参数；

惯组参数验证模块，用于采集惯组运行时的导航数据并形成惯组实时导航状态和实时控制指令的交互显示数据；

网络功能测试模块，用于形成宽带网络底层交互测试中测试状态和测试指令的交互显示数据；

CAN功能测试模块，用于形成CAN总线底层交互测试中测试状态和测试指令的交互显示数据。

4.如权利要求3所述的用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，所述惯组参数标定模块包括：

第一交互显示数据形成单元，用于将标定过程中的状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第一指令处理单元，用于形成处理过程的交互激活接口；

第一指令提示信息形成单元，用于形成处理过程的操作流程数据；

装置部件设定单元，用于形成处理过程的初始条件；

设定进程信息形成单元，用于形成处理过程的控制反馈数据；

参数读写单元，用于形成标定过程中的实时标定数据的更新；

参数确认单元，用于形成标定结果中的确定标定数据。

5.如权利要求3所述的用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，所述惯组参数验证模块包括：

第一交互显示数据形成单元，用于将标定过程中的状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第一指令处理单元，用于形成处理过程的交互激活接口；

第一指令提示信息形成单元，用于形成处理过程的操作流程数据；

装置部件设定单元，用于形成处理过程的初始条件；

设定进程信息形成单元，用于形成处理过程的控制反馈数据；

验证状态更新单元，用于形成数据与状态的动态对比；

验证结果形成单元，用于形成验证结论数据。

6.如权利要求3所述的用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，所述网络功能测试模块包括：

第二交互显示数据形成单元，用于将测试过程中的网络状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第二指令处理单元，用于形成网络测试过程的交互激活接口；

第二指令提示信息形成单元，用于形成网络测试过程的操作流程数据；

第一测试信息反馈单元，用于形成网络数据与表达信息的形式适配。

7.如权利要求3所述的用于激光捷联惯组的标定装置，其特征在于，所述CAN功能测试模块包括：

第三交互显示数据形成单元，用于将测试过程中的CAN总线状态数据和输入输出数据形成交互界面；

第三指令处理单元，用于形成CAN测试过程的交互激活接口；

第三指令提示信息形成单元，用于形成CAN测试过程的操作流程数据；

第二测试信息反馈单元，用于形成CAN数据与表达信息的形式适配。

8.一种激光捷联惯组的标定方法，其特征在于，利用如权利要求1至7任一所述的用于激光捷联惯组的标定装置，包括如下惯组参数标定过程：

建立标定数据链路，为标定装置各部件加电；

填写基本标定信息，激活激光捷联惯组的主口、从口和转台串口，输入位置信息并进行位置信息装订，启动标定过程；

按照确定转动规程控制双轴转台进行转动形成误差激励输入，同时对激光捷联惯组惯性测量单元测量的原始数据进行采集，并通过预置数据处理规程对激光捷联惯组惯性测量单元的各参数进行估计形成标定过程；

在标定过程中实时更新流程进度信息；若标定过程中有指令未正确执行则对错误进行提示，同时终止标定过程。

9.一种激光捷联惯组的标定方法，其特征在于，利用如权利要求1至7任一所述的用于激光捷联惯组的标定装置，包括如下惯组参数标定验证过程：

建立标定数据链路，为标定装置各部件加电；

填写基本标定信息，激活激光捷联惯组的主口、从口和转台串口，输入位置信息并进行位置信息装订，启动验证过程；

按照预置数据处理规程控制激光捷联惯组在特定位置寻北并记录相关数据，通过数据验证当前激光捷联惯组参数是否满足使用需求；

在验证过程中实时更新流程进度信息；若验证过程中有指令未正确执行则对错误进行提示，同时终止验证过程。

10.一种激光捷联惯组的标定方法，其特征在于，利用如权利要求1至7任一所述的用于激光捷联惯组的标定装置，包括如下宽带端口测试过程：

建立测试数据链路，为标定装置各部件加电；

在网口功能测试界面观察是否有数据显示，并发送点击按钮发送指令；

观察激光捷联惯组动态姿态是否进行正确响应；

还包括如下CAN总线测试过程：

在CAN口功能测试界面观察是否有数据显示，并发送点击按钮发送指令；

观察激光捷联惯组动态姿态是否进行正确响应。