CN112461267B - 一种陀螺仪异常输出检测及修正方法 - Google Patents

一种陀螺仪异常输出检测及修正方法 Download PDF

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Abstract

一种陀螺仪异常输出检测及修正方法，陀螺仪采样周期采用短采样周期t和长采样周期T；长采样周期T为短采样周期的整数倍n；检测方法为依据陀螺仪载体最大动态角加速度作为判断依据，对相邻短采样周期t、或相邻长采样周期T间的输出脉冲个数的差进行检测，当相邻短采样周期t、或相邻长采样周期T间的输出脉冲个数的差超过设定阈值时，判定陀螺仪输出异常；当陀螺仪输出异常时，短采样周期t的输出脉冲个数以前n个短采样周期输出脉冲个数累加和的平均值进行替换；长采样周期T的输出脉冲个数以当前长采样周期T的第一个短采样周期t的输出脉冲个数的n倍进行替换；本发明的方法有效提高了飞行器惯性导航系统工作的稳定性。

Description

一种陀螺仪异常输出检测及修正方法
技术领域
本发明涉及飞行器惯性导航技术领域，具体涉及一种陀螺仪异常输出检测及修正方法。
背景技术
陀螺仪在飞行器惯性导航工程实际应用中，在飞行器某些特定飞行环节会受到短暂的较大冲击，这种短暂的较大冲击会造成陀螺仪及载体计算机脉冲采集环节出现异常脉冲输出的问题，如果对此问题不加处理，则会对飞行器的导航结果造成重大影响。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种陀螺仪异常输出检测及修正方法，通过本方法对陀螺仪及载体计算机脉冲采集环节进行实时数据检测，如果发现个别短暂异常数据则进行实时修正，防止陀螺仪异常输出对导航结果造成重大影响，以提高飞行器惯性导航系统工作的稳定性。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种陀螺仪异常输出检测及修正方法，陀螺仪采样周期采用两个采样周期，即短采样周期t和长采样周期T；长采样周期T为短采样周期的整数倍n，即每个长采样周期内对应包含有n个短采样周期；长采样周期内采样脉冲个数为对应包含的n个短采样周期采样脉冲个数的累加和；其计算公式如下：
Ni＝mn(i-1)+1+mn(i-1)+2+mn(i-1)+3+......+mn(i-1)+j
其中，Ni为第i个长周期采样脉冲的个数；
其中，mn(i-1)+j为第i个长周期内第j个短周期采样脉冲的个数，j＝1、2、3、……、n；
其中，n为每个长采样周期内对应包含的短采样周期的个数。
进一步的，陀螺仪异常输出检测方法为：包括短采样周期异常输出检测、和长采样周期异常输出检测；其中长采样周期异常输出检测为短采样周期异常输出检测的递进检测，长采样周期异常输出检测用于验证短采样周期异常输出检测的可靠性，其目的用于降低短采样周期异常输出检测的漏检概率。
进一步的，短采样周期异常输出检测的计算公式及修正方法如下：
δmn(i-1)+j＝(mn(i-1)+j)-(mn(i-1)+j-1)，
if(|δmn(i-1)+j|≤Max)，则bFault＝0，则：mn(i-1)+j为当前短采样周期实际输出的脉冲个数；
if(|δmn(i-1)+j|>Max)，则：bFault＝1，则：mn(i-1)+j＝Mn(i-1)+j，
Figure BDA0002790600210000021
Max＝K1*max；
其中，δmn(i-1)+j第i个长采样周期内第j个短采样周期与相邻前一个短采样周期输出脉冲个数的差值；
其中，bFault为短采样周期输出脉冲判断标志，当bFault＝0时，判断为当前短采样周期输出脉冲正常；当bFault＝1时，判断为当前短采样周期输出脉冲异常，当前短采样周期输出脉冲个数由Mn(i-1)+j进行替换；
其中，Max为短采样周期异常输出检测判断阈值，K1为短采样周期修正系数，max为系统正常工作情况下，陀螺仪载体所具备的最大角加速度值对应一个短采样周期的输出脉冲个数；其中引入短采样周期修正系数K1的目的为验证短采样周期异常输出检测的可靠性，其取值范围为2～4；
其中，Mn(i-1)+j为mn(i-1)+j的修正值。
进一步的，长采样周期异常输出检测的计算公式及修正方法如下：
当前长采样周期内所有bFault＝0，即当前长采样周期内所有短采样周期输出脉冲均判断为正常时，当前长采样周期异常输出检测的计算公式如下：
δNi＝Ni-Ni-1
if(|δNi|≤K2·Max)，则BFault＝0，则Ni为当前长采样周期实际输出的脉冲个数；
if(|Ni-Ni-1|>K2·Max)，则BFault＝1，则Ni＝Ni’，
Ni’＝4*mn(i-1)+1
其中，δNi为第i个长采样周期与相邻前一个长采样周期输出脉冲个数的差值；
其中，K2长采样周期修正系数，引入长采样周期修正系数K2的目的为降低短采样周期异常输出检测误判的概率，其取值范围为1～4，具体数值根据试验确定；
其中，BFault为长采样周期输出脉冲判断标志，当BFault＝0时，判断为当前长采样周期输出脉冲正常；当BFault＝1时，判断为当前长采样周期输出脉冲异常，则当前长采样周期输出脉冲个数由Ni’进行替换；
其中，Ni’为Ni的修正值。
进一步的，在第一个短采样周期内，δmn(i-1)+j、bFault默认值为0；在第一个长采样周期内，δNi、BFault默认值为0。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有以下有益效果：陀螺仪采样周期采用两个采样周期，即短采样周期t和长采样周期T；长采样周期T为短采样周期的整数倍n，即每个长采样周期内对应包含有n个短采样周期；长采样周期内采样脉冲个数为对应包含的n个短采样周期采样脉冲个数的累加和；检测方法为依据陀螺仪载体最大动态角加速度作为判断依据，对相邻短采样周期t、或相邻长采样周期T间的输出脉冲个数的差进行检测，当相邻短采样周期t、或相邻长采样周期T间的输出脉冲个数的差超过设定阈值时，判定陀螺仪短采样周期t、或相邻长采样周期T输出异常；当陀螺仪输出异常时，当前短采样周期t的输出脉冲个数以前n个短采样周期输出脉冲个数累加和的平均值进行替换；当前长采样周期T的输出脉冲个数以当前长采样周期T的第一个短采样周期t的输出脉冲个数的n倍进行替换；本发明的陀螺仪异常输出检测及修正方法具有计算量小、实时性高、陀螺仪异常输出检出率高、误检率低的优点，经实际应用实验，有效提高了飞行器惯性导航系统工作的稳定性。
附图说明
图1为陀螺仪异常输出检测及修正方法实施例计算结果表。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
一种陀螺仪异常输出检测及修正方法，陀螺仪采样周期采用两个采样周期，即短采样周期1ms和长采样周期4ms；长采样周期4ms为短采样周期1ms的整数倍4，即每个长采样周期内对应包含有4个短采样周期；长采样周期内采样脉冲个数为对应包含的4个短采样周期采样脉冲个数的累加和；其计算公式如下：
Ni＝mn(i-1)+1+mn(i-1)+2+mn(i-1)+3+......+mn(i-1)+j
其中，Ni为第i个长周期采样脉冲的个数；
其中，mn(i-1)+j为第i个长周期内第j个短周期采样脉冲的个数，j＝1、2、3、……、n，n为4；
陀螺仪异常输出检测方法为：包括短采样周期异常输出检测、和长采样周期异常输出检测；其中长采样周期异常输出检测为短采样周期异常输出检测的递进检测，长采样周期异常输出检测用于验证短采样周期异常输出检测的可靠性，其目的用于降低短采样周期异常输出检测的漏检概率；
短采样周期异常输出检测的计算公式及修正方法如下：
δmn(i-1)+j＝(mn(i-1)+j)-(mn(i-1)+j-1)，
if(|δmn(i-1)+j|≤Max)，则bFault＝0，则：mn(i-1)+j为当前短采样周期实际输出的脉冲个数；
if(|δmn(i-1)+j|>Max)，则：bFault＝1，则：mn(i-1)+j＝Mn(i-1)+j，
Figure BDA0002790600210000041
Max＝K1*max；
其中，δmn(i-1)+j第i个长采样周期内第j个短采样周期与相邻前一个短采样周期输出脉冲个数的差值；
其中，bFault为短采样周期输出脉冲判断标志，当bFault＝0时，判断为当前短采样周期输出脉冲正常；当bFault＝1时，判断为当前短采样周期输出脉冲异常，当前短采样周期输出脉冲个数由Mn(i-1)+j进行替换；
其中，Max为短采样周期异常输出检测判断阈值，K1为短采样周期修正系数，max为系统正常工作情况下，陀螺仪载体所具备的最大角加速度值对应一个短采样周期的输出脉冲个数；其中引入短采样周期修正系数K1的目的为验证短采样周期异常输出检测的可靠性；例如当陀螺仪载体所具备的最大角加速度值为100°/s2时，max对应一个短采样周期的输出脉冲个数为10，K1取值根据经验确定为3，则Max＝30；
其中，Mn(i-1)+j为mn(i-1)+j的修正值；
长采样周期异常输出检测的计算公式及修正方法如下：
当前长采样周期内所有bFault＝0，即当前长采样周期内所有短采样周期输出脉冲均判断为正常时，当前长采样周期异常输出检测的计算公式如下：
δNi＝Ni-Ni-1
if(|δNi|≤K2·Max)，则BFault＝0，则Ni为当前长采样周期实际输出的脉冲个数；
if(|Ni-Ni-1|>K2·Max)，则BFault＝1，则Ni＝Ni’，
Ni’＝4*mn(i-1)+1
其中，δNi为第i个长采样周期与相邻前一个长采样周期输出脉冲个数的差值；
其中，K2长采样周期修正系数，引入长采样周期修正系数K2的目的为降低短采样周期异常输出检测误判的概率，其取值根据试验确定为2，则K2·Max＝60；
其中，BFault为长采样周期输出脉冲判断标志，当BFault＝0时，判断为当前长采样周期输出脉冲正常；当BFault＝1时，判断为当前长采样周期输出脉冲异常，则当前长采样周期输出脉冲个数由Ni’进行替换；
其中，Ni’为Ni的修正值；
陀螺仪异常输出检测及修正计算时，在第一个短采样周期内，δmn(i-1)+j、bFault默认值为0；在第一个长采样周期内，δNi、BFault默认值为0。
陀螺仪异常输出检测及修正计算具体计算实例参见附图的表1：在表1中，短采样周期序号8、9、10、11的输出脉冲数分别为199、668、234、4，其相邻短采样周期的输出脉冲个数差分别为194、469、-434、-230，均超过短采样周期异常输出检测判断阈值30，为陀螺仪异常输出脉冲值，经过修正计算后，其短采样周期检测后输出分别为8.8、11.2、9.8、8.7；
在表1中，第一个长采样周期无异常，其长采样周期检测后输出即为原长采样周期输出脉冲数；在第二、三个长采样周期内，均出现短采样周期输出脉冲数异常，因此长采样周期检测后输出直接采用修正后的长采样周期输出脉冲数。本发明未详述部分为现有技术。

Claims (2)

1.一种陀螺仪异常输出检测及修正方法，其特征是：陀螺仪采样周期采用两个采样周期，即短采样周期t和长采样周期T；长采样周期T为短采样周期的整数倍n，即每个长采样周期内对应包含有n个短采样周期；长采样周期内采样脉冲个数为对应包含的n个短采样周期采样脉冲个数的累加和；其计算公式如下：
Ni＝mn(i-1)+1+mn(i-1)+2+mn(i-1)+3+......+mn(i-1)+j
其中，Ni为第i个长周期采样脉冲的个数；
其中，mn(i-1)+j为第i个长周期内第j个短周期采样脉冲的个数，j＝1、2、3、……、n；
其中，n为每个长采样周期内对应包含的短采样周期的个数；
陀螺仪异常输出检测方法为：包括短采样周期异常输出检测和长采样周期异常输出检测；
短采样周期异常输出检测的计算公式及修正方法如下：
δmn(i-1)+j＝(mn(i-1)+j)-(mn(i-1)+j-1)，
if(|δmn(i-1)+j|≤Max)，则bFault＝0，则：mn(i-1)+j为当前短采样周期实际输出的脉冲个数；
if(|δmn(i-1)+j|>Max)，则：bFault＝1，则：mn(i-1)+j＝Mn(i-1)+j，
Figure FDA0003999136480000011
Max＝K1*max；
其中，δmn(i-1)+j第i个长采样周期内第j个短采样周期与相邻前一个短采样周期输出脉冲个数的差值；
其中，bFault为短采样周期输出脉冲判断标志，当bFault＝0时，判断为当前短采样周期输出脉冲正常；当bFault＝1时，判断为当前短采样周期输出脉冲异常，当前短采样周期输出脉冲个数由Mn(i-1)+j进行替换；
其中，Max为短采样周期异常输出检测判断阈值，K1为短采样周期修正系数，max为系统正常工作情况下，陀螺仪载体所具备的最大角加速度值对应一个短采样周期的输出脉冲个数；其中引入短采样周期修正系数K1的目的为验证短采样周期异常输出检测的可靠性；
其中，Mn(i-1)+j为mn(i-1)+j的修正值；
长采样周期异常输出检测的计算公式及修正方法如下：
当前长采样周期内所有bFault＝0，即当前长采样周期内所有短采样周期输出脉冲均判断为正常时，当前长采样周期异常输出检测的计算公式如下：
δNi＝Ni-Ni-1
if(|δNi|≤K2·Max)，则BFault＝0，则Ni为当前长采样周期实际输出的脉冲个数；
if(|Ni-Ni-1|>K2·Max)，则BFault＝1，则Ni＝Ni’，
Ni’＝4*mn(i-1)+1
其中，δNi为第i个长采样周期与相邻前一个长采样周期输出脉冲个数的差值；
其中，K2为长采样周期修正系数，引入长采样周期修正系数K2的目的为降低短采样周期异常输出检测误判的概率，具体数值根据试验确定；
其中，BFault为长采样周期输出脉冲判断标志，当BFault＝0时，判断为当前长采样周期输出脉冲正常；当BFault＝1时，判断为当前长采样周期输出脉冲异常，则当前长采样周期输出脉冲个数由Ni’进行替换；
其中，Ni’为Ni的修正值。
2.根据权利要求1所述一种陀螺仪异常输出检测及修正方法，其特征是：在第一个短采样周期内，δmn(i-1)+j、bFault默认值为0；在第一个长采样周期内，δNi、BFault默认值为0。
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