CN117686003A - 数字输出陀螺仪相频特性测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法及系统，方法包括：利用角振动台产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；将陀螺仪设置在角振动台上；将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；根据所述方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，并取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。本发明不会引入额外延时误差，且同步系统设计简单，同时保证了数字输出陀螺仪相频特性的精确测量。
Description
技术领域
本发明属于陀螺仪输出相频特性测试技术领域，涉及一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法及系统。
背景技术
陀螺仪属于惯性传感器中的一种，主要用于敏感外部载体的角运动，在惯性导航、姿态控制等领域得到了广泛应用。陀螺仪一个重要指标为相频特性，即外界输入真实角速度与陀螺仪输出角速度信号之间的相位延迟，当陀螺仪应用于姿态控制领域时该指标显得尤为重要。相频特性测试通常采用角振动台进行测试，由角振动台提供固定频率角振动信号，通过比对陀螺仪输出角速度信号和角振动输出的基准角速度信号从而得到不同频率下相频特性。传统陀螺仪多为模拟输出，而角振动输出基准信号也是模拟信号，此种情况下只需对两路模拟信号进行同步的模数转换采集即可实现相频特性测量。
目前随着陀螺仪行业不断发展，数字化已成为陀螺仪当下及未来发展的主流趋势。数字化陀螺仪由于其输出为数字信号，在进行相频测试时无法直接与角振动台输出的模拟基准信号进行比对分析。传统的做法是将角振动台输出的模拟信号单独进行模数转换，建立一个同步触发系统，该同步系统将陀螺仪输出的数字信号和转换后的振动台基准信号进行同步，在此基础上完成相频特性分析。
上述针对数字化陀螺相频特性的测试方法存在以下缺点：
(1)引入额外延时误差。该测试方法中需采用模数转换器将角振动台基准信号转换为数字信号，模数转换及数据发送过程存在固有延时，且多数情况下延时存在不可预知性，从而影响最终的相频测试准确性。
(2)同步系统设计复杂。该系统中需建立一个同步触发系统，用于将陀螺仪数据与角振动台基准数据进行同步。但在实际实施过程中，数字化陀螺仪以及用于角振动台基准信号采集的模数转换路为两个相互独立的数字系统，若对两系统进行同步触发，除需搭建同步触发系统外，陀螺仪与模数转换器均须具备同步触发的功能，因此该测试方法可能会对产品工作状态产生影响，同步系统设计较为复杂。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明提供了一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法及系统。
本发明的技术解决方案如下：
根据一方面，提供一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法，该测试方法包括：
利用角振动台产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；
将陀螺仪设置在角振动台上，所述陀螺仪敏感到角振动台产生的角振动运动后输出角速度信号；
将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；
根据所述方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；
在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，并取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；
基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。
进一步地，通过下式基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号：
其中，
为相位延迟值；N为数据个数；T为信号周期。
进一步地，根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T。
进一步地，通过下式根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T：
根据另一方面，提供一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，该系统包括：
角振动台，所述角振动台用于产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；
陀螺仪，所述陀螺仪设置所述角振动台上，所述陀螺仪敏感到角振动台产生的角振动运动后输出角速度信号；
模拟信号量化单元，与所述角振动台通信连接，用于将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；
数字信号处理单元，分别与所述陀螺仪和模拟信号量化单元通信连接，所述数字信号处理单元的内部时钟产生时间基准，根据输入的方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；并在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。
进一步地，通过下式基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号：
其中，
为相位延迟值；N为数据个数；T为信号周期。
进一步地，根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T。
进一步地，通过下式根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T：
进一步地，所述的模拟信号量化单元为比较器。
进一步地，所述数字信号处理单元为一微处理器。
上述技术方案提出了一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法和系统，通过简单的外围器件(例如仅需比较器和微处理器)即可搭建数字陀螺仪相频特性测试系统，进而实现数字输出陀螺仪相频特性的精确测量。可见，本发明方案不会引入额外延时误差，且同步系统设计简单，同时保证了数字输出陀螺仪相频特性的精确测量。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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是本发明实施例提供的系统组成示意图；
图2是本发明实施例提供的测试原理图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1-2所示，在本发明的一个实施例中，提供一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，该系统包括角振动台、陀螺仪、模拟信号量化单元和数字信号处理单元，所述角振动台用于产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；所述陀螺仪设置所述角振动台上，所述陀螺仪敏感到角振动台产生的角振动运动后输出角速度信号；模拟信号量化单元与所述角振动台通信连接，用于将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；数字信号处理单元分别与所述陀螺仪和模拟信号量化单元通信连接，所述数字信号处理单元的内部时钟产生时间基准，根据输入的方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；并在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。
具体来说，本发明在在模拟信号量化部分，主要用于将角振动台输出的模拟基准信号转换为方波信号，本发明实施例只需采用比较器即可实现，一般比较器引入的延时在ns量级可忽略不计，此方波信号输入数字信号处理部分参与后续处理。
本发明在数字信号处理部分中，由内部时钟产生时间基准，时间精度在us量级即可；通过数字处理部分自带数字接口接收陀螺仪输出的角速度信息，同时在内部存储器记录每一帧陀螺仪数据的接收时间，上述处理优选采用中断处理，以保证数据处理的及时性；通过数字接口接收由模拟信号量化部分产生的方波信号，由此信号下降沿产生中断，记录此时时间信息，此时间即为基准信号的零相位时间。根据接收到的角速度信息和接收时间即可计算出陀螺仪输出角速度信号的零相位时间，对比陀螺仪角速度信号和角振动台输出基准信号的零相位时间即可得出相位延迟量。本实施例数字信号处理部分只需采用微处理器即可实现。
也即，依据本发明实施例方案仅需简单的外围器件即可建立一套数字化陀螺仪相频特性测试设备，即可实现数字化陀螺仪相频特性的精确测量。
可见，本发明实施例提出的数字输出陀螺仪相频特性测试系统，通过简单的外围器件(例如仅需比较器和微处理器)即可搭建数字陀螺仪相频特性测试系统，进而实现数字输出陀螺仪相频特性的精确测量。本发明方案不会引入额外延时误差，且同步系统设计简单，同时保证了数字输出陀螺仪相频特性的精确测量。
在上述实施例中，通过下式基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号：
其中，为相位延迟值；N为数据个数；T为信号周期。
本发明实施例中，可通过下式根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T：
也即，如图1所示，本实施方式中角振动台2用于产生基准角振动运动，同时输出与之相关的角速度信号，陀螺仪1敏感到角振动台2产生的角振动运动后输出角速度信号11。模拟信号量化部分3用于将角振动台2输出的模拟基准角速度信号12转换为方波信号，通常采用比较器器实现，输出方波信号11。数字信号处理部分4产生时钟信号；根据输入方波信号13下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；在接收到陀螺仪1输出的角速度信号11时记录每一帧数据接收时间t21、t22……，取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……，根据本实施例两公式即可计算出相位延迟信号14。
根据另一实施例，提供一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法，该测试方法包括：
步骤一、利用角振动台产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；
步骤二、将陀螺仪设置在角振动台上，所述陀螺仪敏感到角振动台产生的角振动运动后输出角速度信号；
步骤三、将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；
步骤四、根据所述方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；
步骤五、在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，并取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；
步骤六、基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。
也即，本发明实施例方法实现原理与上述实施例系统实现原理相同，在此不再展开详细赘述。
综上，本发明实施例的目的是提供数字化陀螺仪相频特性测试，依据本发明方案仅需简单的外围器件即可建立一套数字化陀螺仪相频特性测试设备，实现数字化陀螺仪相频特性的精确测量，本发明实施例方案克服了现有技术方案中存在的技术问题。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (10)
1.一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
利用角振动台产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；
将陀螺仪设置在角振动台上，所述陀螺仪敏感到角振动台产生的角振动运动后输出角速度信号；
将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；
根据所述方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；
在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，并取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；
基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。
2.根据权利要求1所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法，其特征在于，通过下式基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号：
其中，
为相位延迟值；N为数据个数；T为信号周期。
3.根据权利要求2所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法，其特征在于，根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T。
4.根据权利要求3所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试方法，其特征在于，通过下式根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T：
5.一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，其特征在于，所述测试系统包括：
角振动台，所述角振动台用于产生基准角振动运动并同时输出相关的模拟基准角速度信号；
陀螺仪，所述陀螺仪设置所述角振动台上，所述陀螺仪敏感到角振动台产生的角振动运动后输出角速度信号；
模拟信号量化单元，与所述角振动台通信连接，用于将角振动台输出的模拟基准角速度信号转换为方波信号；
数字信号处理单元，分别与所述陀螺仪和模拟信号量化单元通信连接，所述数字信号处理单元的内部时钟产生时间基准，根据输入的方波信号下降沿记录角振动台基准信号零相位时间t11、t12……；并在接收到陀螺仪输出的角速度信号时记录每一帧数据接收时间，取接收到的角速度信号绝对值最小值对应时间为陀螺仪输出信号的零相位时间t31、t32……；基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号。
6.根据权利要求5所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，其特征在于，通过下式基于所述基准信号零相位时间和陀螺仪输出信号的零相位时间解算相位延迟信号：
其中，
为相位延迟值；N为数据个数；T为信号周期。
7.根据权利要求6所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，其特征在于，根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T。
8.根据权利要求7所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，其特征在于，通过下式根据基准信号零相位时间解算所述信号周期T：
9.根据权利要求5-8任一项所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，其特征在于，所述的模拟信号量化单元为比较器。
10.根据权利要求5-9任一项所述的一种数字输出陀螺仪相频特性测试系统，其特征在于，所述数字信号处理单元为一微处理器。
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