CN115451932B - 多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法、系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,包括设置测试参数和转台控制参数;发送控制指令给转台并开始第一次计时,在当前控制指令的控制下转台转动并达到当前控制指令所对应的角速度;当第一次计时时间等于与角速度对应的启动时间时,开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时;当第二次计时时间等于角速度对应的数据采集时间时,停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动;重复步骤,直到完成转台各角速度下陀螺仪输出数据的采集和保存;根据不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据计算所需参数。本发明避免了转台控制与数据采集不同步、各陀螺仪输出数据之间不同步导致计算结果不准确问题。
Description
技术领域
本发明属于陀螺仪测试技术领域,尤其涉及一种基于转台自动控制的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法、系统。
背景技术
在光纤陀螺仪测试过程中,需要同时对多套陀螺仪进行长时间的高速数据采集与计算,如何确保长时间测试时数据准确传输,如何实时、正确显示到对应列表并存储到相应文件,如何实时进行计算,这些都是需要考虑的问题。
光纤陀螺仪的性能测试时,通常需要将陀螺仪放置在转台上进行数据采集,通过人工控制转台在不同速率下转动,软件采集陀螺仪输出的速率数据,最后分别计算不同速率下的标度因数和非线性度等参数。这种测试方法,人工介入较多,容易造成转台控制与软件数据采集、各个待测光纤陀螺仪数据之间不同步,从而导致进行性能指标测试时计算结果不准确、且测试过程操作繁琐、效率较低、容易出错。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法、系统,以解决转台控制与数据采集、各待测陀螺仪数据之间不同步导致计算结果不准确、测试过程操作繁琐、效率低、易出错的问题。
本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的:一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,多个待测陀螺仪分别与串口服务器连接,所述串口服务器通过网络与配置有测试软件的测试设备连接,所述测试软件与所述串口服务器之间通过UDP协议进行数据传输,所述测试设备还与用于放置多个待测陀螺仪的转台连接,所述方法包括以下步骤:
步骤1:配置测试设备的IP地址和网络端口,设置测试参数和转台控制参数;
步骤2:测试启动,测试设备发送控制指令给转台并开始第一次计时,在当前控制指令的控制下所述转台转动并达到当前控制指令所对应的角速度;
步骤3:当第一次计时时间等于与所述角速度对应的启动时间时,测试设备开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时;
步骤4:当第二次计时时间等于所述角速度对应的数据采集时间时,测试设备停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动;
步骤5:重复步骤2~4,测试设备进行转台在下一角速度下各陀螺仪输出数据的采集和保存;
步骤6:判断是否完成转台各角速度下陀螺仪输出数据的采集和保存,如果否,则转入步骤2;如果是,则得到不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据;
步骤7:根据不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据计算各陀螺仪的参数。
进一步地,所述测试参数包括陀螺仪型号、产品编号以及测试通道序号;
所述转台控制参数包括不同角速度、每个角速度对应的启动时间以及数据采集时间。
进一步地,所述参数包括标度因数、非线性度、标度因数不对称性以及标度因数重复性。
进一步地,所述标度因数的计算过程为:
计算陀螺仪的输出平均值,具体公式为:
其中,为在转台的第j个角速度下陀螺仪的输出平均值,Fjp为在转台的第j个角速度下陀螺仪的第p次输出值,n为在数据采集时间内陀螺仪输出值的采集次数;
计算转台静止时陀螺仪的输出平均值,具体公式为:
其中,为转台静止时陀螺仪的输出平均值;/>为测试开始,转台静止时陀螺仪的输出平均值;/>为测试结束,转台静止时陀螺仪的输出平均值;
构建陀螺仪输入输出线性模型,具体为:
Fkj=K*Ωij+F0+νj
其中,Fkj为去零偏与地速分量后在转台的第j个角速度下陀螺仪的输出值,K为标度因数,Ωij为转台的第j个角速度,F0为拟合零位,νj为拟合残差;
采用最小二乘法拟合直线计算标度因数和拟合零位,具体为:
其中,M为转台的角速度个数。
进一步地,所述非线性度的计算过程为:
构建陀螺仪输入输出关系式,具体为:
其中,为转台的第j个角速度所对应拟合直线上计算的陀螺仪的输出值,K为标度因数,Ωij为转台的第j个角速度,F0为拟合零位;
根据陀螺仪输入输出关系式计算陀螺仪输出值的非线性偏差,具体为:
其中,aj为在转台的第j个角速度下陀螺仪输出值的非线性偏差,Fm为规定角速度下陀螺仪的输出值(即最大角速度下陀螺仪的输出值);
计算非线性度,具体为:Kn=|aj|max,其中Kn为非线性度。
进一步地,所述标度因数不对称性的计算公式为:
其中,K(+)为转台正向角速度范围内的标度因数,K(-)为转台负向角速度范围内的标度因数,为K(+)和K(-)的平均值;
所述标度因数重复性的计算公式为:
其中,Kr为标度因数重复性,为多次测试的标度因数平均值,Q为测试次数,Ki为第i次测试的标度因数。
基于同一发明构思,本发明还提供一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算系统,包括串口服务器、配置有测试软件的测试设备以及转台;多个待测陀螺仪分别与串口服务器连接,所述串口服务器通过网络与所述测试设备连接,所述测试软件与所述串口服务器之间通过UDP协议进行数据传输,所述测试设备还与用于放置多个待测陀螺仪的转台连接;
所述测试设备,用于设置测试参数和转台控制参数;在测试启动时,向转台发送控制指令并开始第一次计时;当第一次计时时间等于与角速度对应的启动时间时,开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时;当第二次计时时间等于角速度对应的数据采集时间时,停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动;
所述转台,用于在控制指令的控制下转动并达到所述控制指令对应的角速度;在测试设备的控制下停止转动。
进一步地,所述测试设备为计算机或嵌入式微机系统。
进一步地,所述串口服务器为8通道串口服务器,能够同时支持8个陀螺仪输出数据的同步采集和保存。
进一步地,所述测试设备采用RS232通信模块与所述转台连接。
有益效果
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明所提供的一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法、系统,利用测试设备及其上的测试软件同步控制转台转动以及陀螺仪输出数据的采集,多个陀螺仪通过串口服务器与测试设备连接,不同陀螺仪对应不同的UDP端口,实现多个陀螺仪输出数据的同步采集和保存,避免了转台控制与数据采集不同步、各陀螺仪输出数据之间不同步导致的计算结果不准确问题,保证了多通道数据传输过程中的高速性、实时性和高可靠性;测试启动后即可完成单个转台角速度下各陀螺仪输出数据的采集与保存,大大降低了人工参与程度,简化了测试过程,降低了出错概率,提高了测试效率和测试准确性。
本发明能够进行转台多速率自动控制,一键完成单个转台角速度下的数据采集,简化测试过程,提高测试效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中系统结构框图;
图2是本发明实施例中测试软件测试界面图;
图3是本发明实施例中方法流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,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的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。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
参照图1所示,将待测试的多个陀螺仪通过电缆连接到串口服务器的不同输入通道,配置有测试软件的测试设备通过网线与串口服务器的输出通道连接,测试软件与串口服务器之间采用UDP协议进行数据传输,使不同陀螺仪对应不同的UDP端口。测试设备还通过RS232通信模块与转台连接,各陀螺仪置于转台上,在测试设备对转台进行速率控制的同时在数据采集时间内完成各陀螺仪输出数据的采集和保存,实现转台控制与数据采集同步。本实施例中,测试软件采用C++编程语言,编程平台使用VC++6.0,测试软件测试界面如图2所示。
如图3所示,本发明实施例所提供的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,包括以下步骤:
步骤1:配置测试设备的IP地址和网络端口,设置测试参数和转台控制参数。
如图2所示,进入测试软件的“列表采集”界面,点击“参数设置”按钮设置测试参数,测试软件自动读取文件夹中的配置文件到测试界面,例如读取陀螺仪的测试参数(简称列表采集),测试参数包括陀螺仪型号、产品编号以及不同陀螺仪对应的测试通道序号等。进入“转台控制”界面,点击“导入转台文件”按钮设置转台控制参数,测试软件自动读取文件夹中的配置文件到测试界面,例如读取转台控制参数(简称转台控制列表),转台控制参数包括不同角速度、每个角速度对应的启动时间以及数据采集时间。角速度的正负表示转台的转动方向,正表示转台顺时针转动,负表示转台逆时针转动。
启动时间是指转台从角速度为0到对应角速度所需要的时间,启动时间保证了转台达到对应角速度并在对应角速度下匀速转动;数据采集时间是指采集陀螺仪输出数据的时间。示例性的,如图2第二行所示,角速度为1,启动时间为90s,数据采集时间为30s,即转台接收到测试设备发送的控制指令后,在90s内达到角速度1并在该角速度1下匀速转动,在转台匀速转动下测试设备采集各陀螺仪30s的输出数据。每次测试对应一行参数,测试设备按照列表顺序控制转台转动和各陀螺仪输出数据的采集。
步骤2:测试启动,测试设备发送控制指令给转台并开始第一次计时,在当前控制指令的控制下转台转动并达到当前控制指令所对应的角速度。
步骤3:当第一次计时时间等于与角速度对应的启动时间时,测试设备开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时。
点击“转台运行”按钮,从转台控制列表第一行开始,发送控制指令及对应的角速度值给转台(例如控制指令及对应的角速度值0),转台收到控制指令后开始转动并加速达到对应的角速度值。
由于转台从角速度0加速后达到对应的角速度值需要时间,经过一定时间后转台才能以该角速度值匀速转动,为了保证采集的数据是在转台匀速运行时的输出数据,当第一次计时时间等于启动时间时,才开始执行选中通道的数据采集。在转台控制参数设置时设置不同角速度值对应的启动时间,启动时间保证了在转台稳定运行后才采集数据。
步骤4:当第二次计时时间等于角速度对应的数据采集时间时,测试设备停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动。
为了实现数据的自动采集和自动停止,当第二次计时时间等于角速度对应的数据采集时间时,停止该角速度下各通道的数据采集,同时转台停止转动。数据采集时间保证了每个转台角速度值下足够的测试时间。
步骤5:重复步骤2~4,测试设备进行转台在下一角速度下各陀螺仪输出数据的采集和保存。
从转台控制列表第一行开始,测试设备发送控制指令及角速度值0给转台,转台在当前控制指令下转动并达到角速度值0,当第一次计时时间等于180s时,测试设备开始采集和保存选中通道对应的陀螺仪的输出数据,采集30s的输出数据后停止采集,并控制转台转动;
自动读取下一行参数,测试设备发送控制指令及角速度值1给转台,转台在当前控制指令下转动并达到角速度值1,当第一次计时时间等于90s时,测试设备开始采集和保存选中通道对应的陀螺仪的输出数据,采集30s的输出数据后停止采集,并控制转台转动;
自动读取下一行参数,测试设备发送控制指令及角速度值-1给转台,转台在当前控制指令下转动并达到角速度值1,当第一次计时时间等于90s时,测试设备开始采集和保存选中通道对应的陀螺仪的输出数据,采集30s的输出数据后停止采集,并控制转台转动;
以此类推,完成转台控制列表中所有角速度值下各通道陀螺仪输出数据的采集和保存,转台停止转动,测试完成。
步骤6:判断是否完成转台各角速度下陀螺仪输出数据的采集和保存,如果否,则转入步骤2;如果是,则得到不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据。
步骤7:根据不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据计算各陀螺仪的参数,采集的输出数据和计算结果自动保存在相应文件中。
计算的参数包括标度因数、非线性度、标度因数不对称性以及标度因数重复性。
本实施例中,标度因数的计算过程为:
(1.1)计算陀螺仪的输出平均值,具体公式为:
其中,为在转台的第j个角速度下陀螺仪的输出平均值,Fjp为在转台的第j个角速度下陀螺仪的第p次输出值,n为在数据采集时间内陀螺仪输出值的采集次数;
(1.2)计算转台静止时陀螺仪的输出平均值,具体公式为:
其中,为转台静止时陀螺仪的输出平均值;/>为测试开始,转台静止时陀螺仪的输出平均值;/>为测试结束,转台静止时陀螺仪的输出平均值;
(1.3)构建陀螺仪输入输出线性模型,具体为:
Fkj=K*Ωij+F0+vj
其中,Fkj为去零偏与地速分量后在转台的第j个角速度下陀螺仪的输出值,K为标度因数,Ωij为转台的第j个角速度,F0为拟合零位,vj为拟合残差;
(1.4)采用最小二乘法拟合直线计算标度因数和拟合零位,具体为:
其中,M为转台的角速度个数。
本实施例中,非线性度的计算过程为:
(2.1)构建陀螺仪输入输出关系式,具体为:
其中,为转台的第j个角速度所对应拟合直线上计算的陀螺仪的输出值,K为标度因数,Ωij为转台的第j个角速度,F0为拟合零位;
(2.2)根据陀螺仪输入输出关系式计算陀螺仪输出值的非线性偏差,具体为:
其中,aj为在转台的第j个角速度下陀螺仪输出值的非线性偏差,Fm为规定角速度下陀螺仪的输出值(即最大角速度下陀螺仪的输出值);
(2.3)计算非线性度,具体为:Kn=|aj|max,其中Kn为非线性度。
本实施例中,标度因数不对称性的计算公式为:
其中,K(+)为转台正向角速度范围内的标度因数,K(-)为转台负向角速度范围内的标度因数,为K(+)和K(-)的平均值。
本实施例中,标度因数重复性的计算公式为:
其中,Kr为标度因数重复性,为多次测试的标度因数平均值,Q为测试次数,Ki为第i次测试的标度因数。
本发明自动控制转台,并在启动时间后对选中的多通道陀螺仪的输出数据开始采集,实现了转台控制和各通道陀螺仪之间的数据同步。由于转台控制指令和数据采集指令由测试设备及其测试软件自动完成,无需人为操作转台,减少了人工失误带来的影响,一定程度上提高了测试数据的正确性和稳定性;同时所有启动时间和数据采集时间均是测试软件统一计时,避免了不同时钟引入的时间偏差。
基于同一发明构思,本发明实施例还提供一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算系统,如图1所示,该系统包括串口服务器、配置有测试软件的测试设备以及转台;多个待测陀螺仪分别与串口服务器连接,串口服务器通过网络与测试设备连接,测试软件与串口服务器之间通过UDP协议进行数据传输,使不同陀螺仪对应不同的UDP端口;测试设备还与用于放置多个待测陀螺仪的转台连接。
测试设备,用于设置测试参数和转台控制参数;在测试启动时,向转台发送控制指令并开始第一次计时;当第一次计时时间等于与角速度对应的启动时间时,开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时;当第二次计时时间等于角速度对应的数据采集时间时,停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动。转台用于在控制指令的控制下转动并达到控制指令对应的角速度;在测试设备的控制下停止转动。
如图2所示,测试软件自动读取配置文件到测试界面,例如读取待测光纤陀螺仪的测试参数到图2右侧列表(简称列表采集),读取转台控制参数到图2左侧列表(简称转台控制列表);测试过程中根据导入的参数开展测试,测试获得的数据显示在列表对应列。
本实施例中,测试设备为计算机或嵌入式微机系统,测试设备采用RS232通信模块与转台连接。串口服务器为8通道串口服务器,能够同时支持8个陀螺仪输出数据的同步采集和保存。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式,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,可轻易想到变化或变型,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,多个待测陀螺仪分别与串口服务器连接,所述串口服务器通过网络与配置有测试软件的测试设备连接,所述测试软件与所述串口服务器之间通过UDP协议进行数据传输,所述测试设备还与用于放置多个待测陀螺仪的转台连接,所述方法包括以下步骤:
步骤1:配置测试设备的IP地址和网络端口,设置测试参数和转台控制参数;
步骤2:测试启动,测试设备发送控制指令给转台并开始第一次计时,在当前控制指令的控制下所述转台转动并达到当前控制指令所对应的角速度;
步骤3:当第一次计时时间等于与所述角速度对应的启动时间时,测试设备开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时;
步骤4:当第二次计时时间等于所述角速度对应的数据采集时间时,测试设备停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动;
步骤5:重复步骤2~4,测试设备进行转台在下一角速度下各陀螺仪输出数据的采集和保存;
步骤6:判断是否完成转台各角速度下陀螺仪输出数据的采集和保存,如果否,则转入步骤2;如果是,则得到不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据;
步骤7:根据不同转台角速度下各陀螺仪的输出数据计算各陀螺仪的参数。
2.根据权利要求1所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,所述测试参数包括陀螺仪型号、产品编号以及测试通道序号;
所述转台控制参数包括不同角速度、每个角速度对应的启动时间以及数据采集时间。
3.根据权利要求1所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,所述陀螺仪的参数包括标度因数、非线性度、标度因数不对称性以及标度因数重复性。
4.根据权利要求3所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,所述标度因数的计算过程为:
计算陀螺仪的输出平均值,具体公式为:
其中,为在转台的第j个角速度下陀螺仪的输出平均值,Fjp为在转台的第j个角速度下陀螺仪的第p次输出值,n为在数据采集时间内陀螺仪输出值的采集次数;
计算转台静止时陀螺仪的输出平均值,具体公式为:
其中,为转台静止时陀螺仪的输出平均值;/>为测试开始,转台静止时陀螺仪的输出平均值;/>为测试结束,转台静止时陀螺仪的输出平均值;
构建陀螺仪输入输出线性模型,具体为:
Fkj=K*Ωij+F0+vj
其中,Fkj为去零偏与地速分量后在转台的第j个角速度下陀螺仪的输出值,K为标度因数,Ωij为转台的第j个角速度,F0为拟合零位,vj为拟合残差;
采用最小二乘法拟合直线计算标度因数和拟合零位,具体为:
其中,M为转台的角速度个数。
5.根据权利要求4所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,所述非线性度的计算过程为:
构建陀螺仪输入输出关系式,具体为:
其中,为转台的第j个角速度所对应拟合直线上计算的陀螺仪的输出值,K为标度因数,Ωij为转台的第j个角速度,F0为拟合零位;
根据陀螺仪输入输出关系式计算陀螺仪输出值的非线性偏差,具体为:
其中,aj为在转台的第j个角速度下陀螺仪输出值的非线性偏差,Fm为规定角速度下陀螺仪的输出值(即最大角速度下陀螺仪的输出值);
计算非线性度,具体为:Kn=|aj|max,其中Kn为非线性度。
6.根据权利要求4所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,所述标度因数不对称性的计算公式为:
其中,K(+)为转台正向角速度范围内的标度因数,K(-)为转台负向角速度范围内的标度因数,为K(+)和K(-)的平均值;
所述标度因数重复性的计算公式为:
其中,Kr为标度因数重复性,为多次测试的标度因数平均值,Q为测试次数,Ki为第i次测试的标度因数。
7.一种多通道陀螺仪数据同步采集与计算系统,所述系统用于实现如权利要求1~6中任一项所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算方法,其特征在于,所述系统包括串口服务器、配置有测试软件的测试设备以及转台;多个待测陀螺仪分别与串口服务器连接,所述串口服务器通过网络与所述测试设备连接,所述测试软件与所述串口服务器之间通过UDP协议进行数据传输,所述测试设备还与用于放置多个待测陀螺仪的转台连接;
所述测试设备,用于设置测试参数和转台控制参数;在测试启动时,向转台发送控制指令并开始第一次计时;当第一次计时时间等于与角速度对应的启动时间时,开始采集和保存各陀螺仪的输出数据并开始第二次计时;当第二次计时时间等于角速度对应的数据采集时间时,停止采集和保存各陀螺仪的输出数据并控制转台停止转动;
所述转台,用于在控制指令的控制下转动并达到所述控制指令对应的角速度;在测试设备的控制下停止转动。
8.根据权利要求7所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算系统,其特征在于,所述测试设备为计算机或嵌入式微机系统。
9.根据权利要求7所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算系统,其特征在于,所述串口服务器为8通道串口服务器,能够同时支持8个陀螺仪输出数据的同步采集和保存。
10.根据权利要求7所述的多通道陀螺仪数据同步采集与计算系统,其特征在于,所述测试设备采用RS232通信模块与所述转台连接。
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