CN112284411A - 一种激光惯组的抖动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种激光惯组的抖动控制方法，步骤如下：(1)设计激光惯组通讯协议；(2)测试设备向惯组通讯软件发送控制指令；(3)惯组通讯软件根据接收到的控制指令，向抖动控制电路发送控制指令；(4)抖动控制电路的微处理器按照惯组通讯软件的控制指令，判断陀螺序号和抖动控制内容；(5)抖动控制电路的微处理器通过控制三路驱动控制单元抖动控制信号的通断实现三路陀螺的抖动独立控制。本发明通过向激光惯组通讯软件发送抖动控制指令，实现三路激光陀螺在线抖动的独立控制，实现陀螺不同抖动方法的在线切换。

Description

一种激光惯组的抖动控制方法

技术领域

本发明涉及一种激光惯组的抖动控制方法，特别适用于基于速率偏频和机械抖动相结合的激光惯组的陀螺抖动控制和测试。

背景技术

激光惯组作为惯性导航领域里的关键部件，通常由三个正交的激光陀螺及相关控制电路、计算机板及通讯软件等组成。激光陀螺相关控制电路包括抖动、稳频、高压等电路。激光陀螺(RGL)是激光惯组的重要惯性敏感组件，通过环形激光谐振腔内的双向行波间的谐振频率差来测量载体的角速度，谐振腔中相向运行的两束激光的拍频与腔体相对于惯性空间的转动角速率成正比。闭锁效应是激光陀螺的主要误差来源之一，直接影响激光惯组的精度。为避免闭锁效应的影响，需要采取措施使激光陀螺出锁。

抖动偏频技术是控制激光陀螺出锁的最为成熟和广泛使用的有效方法，也是目前工程化的激光陀螺仪的通用方法。该方法是通过惯组的抖动控制电路来驱动陀螺抖轮使陀螺绕其敏感轴来回抖动以消除锁区的影响。施加到陀螺的抖动信号为正弦交变偏频Ω_偏＝Ω_Dsinω_Dt，ω_D称为抖动频率，表征了单位时间内激光陀螺频繁过锁区的程度；Ω_D为抖动的最大角速率。偏频量Ω_偏远大于闭锁阈值Ω_L，使过锁区时间减小到陀螺精度要求的程度。通过脉冲解调的方法能够有效去除施加到陀螺上的抖动信息，得到陀螺敏感到的载体运动信息。激光惯组的抖动控制电路由微处理器、驱动控制单元、反馈比较单元组成，其中，微处理器是抖动控制电路的核心部分，如图1所示。该偏频方法工程应用较为广泛。但是该偏频方法由于频繁过锁区，该过程使得陀螺存在随机游走误差，陀螺精度会有所损失，尤其在对准过程中，大大降低对准精度。

激光惯组在实际应用中，需要具备对准和导航的双重功能。为提高对准精度，可以利用速率偏频技术进行对准，对准完成后转入导航功能。惯组实现导航功能过程中无法使用速率偏频方式，需要快速有效地转入机械抖动方式，否则陀螺输出异常，影响导航精度。快速有效地实现偏频模式的转换是提高惯组性能的重要因素。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种激光惯组的抖动控制方法，通过向激光惯组通讯软件发送抖动控制指令，实现三路激光陀螺在线抖动的独立控制，实现陀螺不同抖动方法的在线切换。

本发明的技术解决方案是：

一种激光惯组的抖动控制方法，包括如下步骤：

(1)设计激光惯组通讯协议；

(2)根据惯组通讯协议，测试设备通过1553B总线向惯组通讯软件发送控制指令；

(3)惯组通讯软件根据接收到的控制指令，向抖动控制电路发送控制指令；

(4)抖动控制电路的微处理器按照惯组通讯软件的控制指令，判断陀螺序号和抖动控制内容；

(5)抖动控制电路的微处理器通过控制三路驱动控制单元抖动控制信号的通断实现三路陀螺的抖动独立控制。

所述步骤(1)中，激光惯组通讯协议包括一个抖动控制字、一个陀螺序号、一个电平标志位和一个校验字，校验方式采用CRC16校验方法。

1)起抖指令对应的激光惯组通讯协议为：0X2004，i，0X0001，CRC1；

2)停抖指令对应的激光惯组通讯协议为：0X2004，i，0X0000，CRC2；

其中，0X2004为抖动控制字，惯组通讯软件收到后执行抖动控制流程；i为陀螺序号，i＝0表示X陀螺，i＝1表示Y陀螺，i＝2表示Z陀螺；电平标志位为抖动控制电路控制字，0X0001表示高电平，0X0000表示低电平。

所述步骤(3)的实现方式如下：

1)惯组通讯软件判断控制指令中的抖动控制字是否为0X2004，如果是则进入步骤2)，如果不是则退出抖动控制流程；

2)对控制指令中的校验字进行解析，并计算接收到的控制指令的CRC，判断解析得到的CRC值与计算得到的是否一致，如果一致则进入步骤3)，否则发出故障报警，并退出抖动控制流程；

3)从控制指令中解析出陀螺序号；

4)从控制指令中获取电平标志位；

5)根据步骤3)的陀螺序号和步骤4)的电平标志位向抖动控制电路发送控制指令。

所述步骤(5)中，抖动控制电路的微处理器的处理流程如下：

1)对起抖控制信号变量和抖动状态标志位进行初始化；

2)读取起抖控制信号，判断陀螺是否处于停抖状态，定义高电平为停抖信号，低电平为起抖信号；

3)根据抖动状态的判断结果，决定是否向驱动控制单元输出抖动控制信号，若为停抖状态，则停止向驱动控制单元输出抖动控制信号，并将抖动状态标志位置1；若不是处于停抖状态，向驱动控制单元输出抖动控制信号。

所述步骤(5)中，抖动控制电路中一个微处理器控制三路陀螺的起抖和停抖，即每路陀螺的反馈比较单元和驱动控制单元形成各自的控制回路，实现各自陀螺的抖动控制；

微处理器根据惯组通讯软件的控制指令，向相应陀螺的驱动控制单元发送抖动控制信号，驱动相应陀螺抖轮的抖动；

陀螺的抖动信号输入到反馈比较单元，反馈比较单元输出幅值信号和方波信号；

幅值信号经过微处理器的A/D采样得到抖动幅值信息，抖动幅值达到最大完成陀螺的起抖；

方波信号送入微控制器的I/O口作为中断触发源，陀螺起抖后，以谐振频率进行自激振荡；微处理器根据输入的方波信号输出抖轮的驱动信号，并通过I/O口发送至驱动控制单元，驱动控制单元输出方波驱动陀螺抖动，使陀螺产生闭环的抖动跟踪控制。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本方法通过设计通讯协议，在线控制激光陀螺的起抖和停抖，实现激光陀螺抖动的自主控制，实现不同抖动方法的在线切换，提高对准精度，以最优模式发挥了惯组对准和导航功能，同时方便惯组的测试；

(2)本方法能够实现三路激光陀螺的独立控制，提高了惯组的测试效率和自动化程度；

(3)本方法所采用的速率偏频通过陀螺的正反周期运动，形成交变作用，有效减少陀螺标度因数误差，防止转位运动耦合引起的导航误差，相比恒速偏频方法，降低对转动机构的转动精度的要求，同时能够有效提高惯组的性能指标，具有很强的工程应用价值；

(4)本方法能够用于基于速率偏频和抖动偏频的惯组测试试验，适应性强，具有普遍的工程应用价值。

附图说明

图1为激光陀螺抖动控制电路框图；

图2为本发明抖动控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图1所示，本发明激光惯组的抖动控制装置包括测试设备、供电电缆和控制电缆、惯组DSP、惯组的抖动控制电路，惯组抖动控制电路包括微处理、驱动控制单元和反馈比较单元。

本发明抖动控制方法具体内容如下：

(1)设计激光惯组通讯协议：

本发明优选采用1553B总线通信协议，协议包括一个抖动控制字(unsignedshort)、一个陀螺序号(unsigned short)、一个电平标志位(unsigned short)和一个校验字(unsigned short)，校验方式采用CRC16校验方法。

1)起抖指令：0X2004，i，0X0001，CRC1

2)停抖指令：0X2004，i，0X0000，CRC2

注：0X2004为抖动控制字，惯组通讯软件收到后执行抖动控制流程；i为陀螺序号，i＝0表示X陀螺，i＝1表示Y陀螺，i＝2表示Z陀螺；电平标志位为抖动控制电路控制字，0X0001表示高电平，0X0000表示低电平。

(2)根据惯组通讯协议，测试设备通过1553B总线向惯组通讯软件发送控制指令。

(3)惯组通讯软件根据接收到的控制指令，发送抖动控制电路控制指令：

惯组通讯软件接收到步骤(2)发送的控制指令，进行指令解析。

1)判断抖动控制指令是否为0X2004，如果是则进入步骤2)，如果不是则退出抖动控制流程；

2)解析CRC并计算接收数据CRC，解析CRC值与计算的一致则进入步骤3)，否则报故；

3)获取陀螺序号i；

4)获取电平标志位stopdith_i；

5)根据步骤3)的陀螺序号和步骤4)的电平标志位发送抖动控制电路控制指令。

(4)抖动控制电路的微处理器按照通讯软件的指令，判断陀螺序号和抖动控制内容：

抖动控制电路接收步骤(3)中的步骤5)的控制指令，按照协议要求低电平为起抖，高电平为停抖，惯组上电默认发送低电平。抖动控制电路的微处理器解析惯组计算机板发送的抖动控制信号并控制对应陀螺的起抖和停抖。

抖动控制电路的微处理器的处理流程如下：

1)从控制指令中解析出陀螺序号i，即对第i路进行抖动控制；

2)从控制指令中获取电平标志位，若电平标志位为1，则进行停抖控制；若电平标志位为0，则进行起抖控制；

3)根据陀螺序号和电平标志位控制对应的抖动控制电路。

微处理器的FPGA软件处理流程(以X路陀螺为例)如下：

1)stopdith_X＝0；//stopdith_X为X路起抖控制信号，初始化变量

stopdith_flag_X＝0；//stopdith_flag_X为X路陀螺抖动状态标志位

2)stopdith_X＝P2.0；//读取起抖控制信号,高电平为停抖信号，低电平为起抖信号

3)根据抖动控制信号和抖动状态进行陀螺的抖动控制，具体如下：

(5)抖动控制电路的微处理器通过控制抖轮驱动信号的通断实现抖动控制：

抖动控制电路中由一个微处理器控制三路陀螺的起抖和停抖，X、Y、Z三路陀螺每路陀螺均有一套反馈比较单元和驱动控制单元控制。微处理器根据步骤(4)的步骤3)的结果，向相应陀螺的驱动控制单元发送驱动控制信号，驱动相应陀螺抖轮的抖动。激光陀螺的抖动信号输入到反馈比较单元输出幅值信号和方波信号。幅值信号经过微处理器的A/D采样得到抖动幅值信息，寻找反馈幅值的最大值得到陀螺的抖频信息，完成陀螺的起抖；方波信号送入微控制器的I/O口作为中断触发源。陀螺起抖后，以谐振频率进行自激振荡。微控制器根据输入的方波信号输出抖轮的驱动信号，并通过I/O口发送至驱动控制单元。驱动控制单元输出方波驱动陀螺抖动，使陀螺产生闭环的抖动跟踪控制。本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种激光惯组的抖动控制方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)设计激光惯组通讯协议；

(2)根据惯组通讯协议，测试设备通过1553B总线向惯组通讯软件发送控制指令；

(3)惯组通讯软件根据接收到的控制指令，向抖动控制电路发送控制指令；

(4)抖动控制电路的微处理器按照惯组通讯软件的控制指令，判断陀螺序号和抖动控制内容；

(5)抖动控制电路的微处理器通过控制三路驱动控制单元抖动控制信号的通断实现三路陀螺的抖动独立控制。

2.根据权利要求1所述的一种激光惯组的抖动控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，激光惯组通讯协议包括一个抖动控制字、一个陀螺序号、一个电平标志位和一个校验字，校验方式采用CRC16校验方法。

3.根据权利要求2所述的一种激光惯组的抖动控制方法，其特征在于：

1)起抖指令对应的激光惯组通讯协议为：0X2004，i，0X0001，CRC1；

2)停抖指令对应的激光惯组通讯协议为：0X2004，i，0X0000，CRC2；

其中，0X2004为抖动控制字，惯组通讯软件收到后执行抖动控制流程；i为陀螺序号，i＝0表示X陀螺，i＝1表示Y陀螺，i＝2表示Z陀螺；电平标志位为抖动控制电路控制字，0X0001表示高电平，0X0000表示低电平。

4.根据权利要求1所述的一种激光惯组的抖动控制方法，其特征在于：所述步骤(3)的实现方式如下：

1)惯组通讯软件判断控制指令中的抖动控制字是否为0X2004，如果是则进入步骤2)，如果不是则退出抖动控制流程；

2)对控制指令中的校验字进行解析，并计算接收到的控制指令的CRC，判断解析得到的CRC值与计算得到的是否一致，如果一致则进入步骤3)，否则发出故障报警，并退出抖动控制流程；

3)从控制指令中解析出陀螺序号；

4)从控制指令中获取电平标志位；

5)根据步骤3)的陀螺序号和步骤4)的电平标志位向抖动控制电路发送控制指令。

5.根据权利要求1所述的一种激光惯组的抖动控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中，抖动控制电路的微处理器的处理流程如下：

1)对起抖控制信号变量和抖动状态标志位进行初始化；

2)读取起抖控制信号，判断陀螺是否处于停抖状态，定义高电平为停抖信号，低电平为起抖信号；

3)根据抖动状态的判断结果，决定是否向驱动控制单元输出抖动控制信号，若为停抖状态，则停止向驱动控制单元输出抖动控制信号，并将抖动状态标志位置1；若不是处于停抖状态，向驱动控制单元输出抖动控制信号。

6.根据权利要求1所述的一种激光惯组的抖动控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中，抖动控制电路中一个微处理器控制三路陀螺的起抖和停抖，即每路陀螺的反馈比较单元和驱动控制单元形成各自的控制回路，实现各自陀螺的抖动控制；

微处理器根据惯组通讯软件的控制指令，向相应陀螺的驱动控制单元发送抖动控制信号，驱动相应陀螺抖轮的抖动；

陀螺的抖动信号输入到反馈比较单元，反馈比较单元输出幅值信号和方波信号；

幅值信号经过微处理器的A/D采样得到抖动幅值信息，抖动幅值达到最大完成陀螺的起抖；

方波信号送入微控制器的I/O口作为中断触发源，陀螺起抖后，以谐振频率进行自激振荡；微处理器根据输入的方波信号输出抖轮的驱动信号，并通过I/O口发送至驱动控制单元，驱动控制单元输出方波驱动陀螺抖动，使陀螺产生闭环的抖动跟踪控制。

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