一种对陀螺组合测量数据的诊断方法与流程

本发明涉及一种对陀螺组合测量数据的诊断方法，尤其涉及一种对三正交一斜装陀螺组合测量数据的诊断方法。

背景技术：

在空间飞行器中，陀螺组合是常用的敏感器。一套陀螺组合除了在正交方向上安装相应的陀螺外，还会在斜装方向上再安装相应的陀螺用以备份。在每个空间飞行器中往往会配置多套陀螺组合，在使用时选择不同的陀螺测量数据以获取三正交方向上的姿态数据。由于陀螺测量数据对空间飞行器控制至关重要，因此各飞行器在轨飞行过程中都会持续对陀螺组合输出的测量数据进行诊断，以确定数据是否正确是否可用，同时为陀螺切换提供依据。

但是现有的诊断方法存在一定的不足：

1、当陀螺组合处于寿命末期时，可提供的正常测量数据较少，此时现有的采用数据比较的诊断方法不能有效工作。

2、现有的采用数据比较的诊断方法在空间飞行器出现较大的姿态变化或外力矩干扰时常常出现误诊断的情况。

3、现有的采取控制量反算的诊断方法需要依赖其它敏感器和执行机构，当这些敏感器或执行机构出现故障时，会引起陀螺诊断的误诊断。

技术实现要素：

本发明提供一种对陀螺组合测量数据的诊断方法，简单易行，不需增加任何硬件，可以仅靠软件算法实现，诊断正确性较高，能够对多种陀螺数据异常类型进行有效检测，误诊断率较低。

为了达到上述目的，本发明提供一种对陀螺组合测量数据的诊断方法，包含以下步骤：

分别为每个陀螺组合以及陀螺组合中的所有陀螺建立陀螺正常标志，设置陀螺正常标志的状态为正常或故障；

采集所有陀螺组合中的所有陀螺的测量数据，为每一个陀螺测量数据建立陀螺数据有效标志，陀螺数据有效标志的状态为有效或无效；

建立包含三个正交方向和一个斜装方向的陀螺数据基准；

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于同一套陀螺组合，该陀螺组合中的所有陀螺的陀螺数据有效标志都有效，且陀螺数据满足正交投影关系，则用本套陀螺组合内的陀螺数据更新陀螺数据基准；

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据变化量在姿态允许变化量以内，且对应的陀螺数据有效标志有效，则用当前使用的三个方向的陀螺测量数据更新陀螺数据基准对应的三个方向，并根据正交投影关系计算陀螺数据基准的另一个方向数据；

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，除当前使用的三个方向的陀螺测量数据以外的第四个方向的陀螺测量数据与当前使用的三个方向的陀螺测量数据满足正交投影关系，且相关陀螺数据有效标志有效，则用当前使用的三个方向的陀螺测量数据更新陀螺数据基准对应的三个方向，并根据正交投影关系计算陀螺数据基准的另一个方向数据；

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，当前使用的三个方向的陀螺测量数据与陀螺数据基准的对应方向的数据变化量在姿态允许变化量以内，且相关陀螺数据有效标志有效，则用当前使用的三个方向的陀螺测量数据更新陀螺数据基准对应的三个方向，并根据正交投影关系计算陀螺数据基准的另一个方向数据。

根据陀螺数据有效条件设置陀螺数据有效标志，满足所有陀螺数据有效条件的陀螺数据的陀螺数据有效标志的状态为有效，不满足任意一个陀螺数据有效条件的陀螺数据的陀螺数据有效标志的状态为无效；

所述的陀螺数据有效条件包含：陀螺已加电、数据采集正常完成，陀螺温度正常、陀螺电流正常、本陀螺的正常标志状态为正常、本陀螺所在陀螺组合的正常标志状态为正常。

首先判断陀螺数据有效标志是否有效，如果有效，再继续判断当前使用的三轴陀螺测量数据是否来自于同一套陀螺组合。

如果陀螺数据有效标志无效，则认为当前方向的陀螺数据异常。

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，则判断当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据变化量是否在姿态允许变化量以内。

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，且当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据变化量不在姿态允许变化量以内，则判断除当前使用的三个方向的陀螺测量数据以外的第四个方向的陀螺测量数据与当前使用的三个方向的陀螺测量数据是否满足正交投影关系。

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，且当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据变化量不在姿态允许变化量以内，且除当前使用的三个方向的陀螺测量数据以外的第四个方向的陀螺测量数据与当前使用的三个方向的陀螺测量数据不满足正交投影关系，则判断当前使用的三个方向的陀螺测量数据与陀螺数据基准的对应方向的数据变化量是否在姿态允许变化量以内。

如果当前使用的三轴陀螺测量数据来自于不同的陀螺组合，且当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据变化量不在姿态允许变化量以内，且除当前使用的三个方向的陀螺测量数据以外的第四个方向的陀螺测量数据与当前使用的三个方向的陀螺测量数据不满足正交投影关系，且当前使用的三个方向的陀螺测量数据与陀螺数据基准的对应方向的数据变化量不在姿态允许变化量以内，则认为当前方向的陀螺数据异常。

如果当前使用的三个方向的陀螺测量数据中连续出现陀螺数据异常，则判定对应方向的陀螺数据故障，将对应的陀螺正常标志设置为故障。

本发明的优点和有益效果是：

1、即便陀螺组合进入寿命末期，只要能够提供正常控制所需的三个不同方向的陀螺测量数据，本诊断方法就能够继续工作。

2、在空间飞行器出现较大的姿态变化或外力矩干扰时，由于增加了陀螺数据的正交投影关系诊断，不会出现误判的情况。

3、本发明的陀螺数据诊断法方法的输入全部来自陀螺组合以内，不涉及其它敏感器或执行机构，不会受这些敏感器或执行机构工作状态变化和发生故障的影响。

附图说明

图1是本发明提供的一种对陀螺组合测量数据的诊断方法的流程图。

图2是三正交一斜装陀螺组合的示意图。

具体实施方式

以下根据图1和图2，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种对陀螺组合测量数据的诊断方法，包含以下步骤：

步骤S1、分别为每个陀螺组合以及陀螺组合中的所有陀螺建立陀螺正常标志；

设置陀螺正常标志的状态为正常或故障；

步骤S2、采集所有陀螺组合中的所有陀螺的测量数据，为每一个陀螺测量数据建立陀螺数据有效标志；

根据陀螺数据有效条件设置陀螺数据有效标志，陀螺数据有效标志的状态为有效或无效；

所述的陀螺数据有效条件包含：陀螺已加电、数据采集正常完成，陀螺温度正常、陀螺电流正常、本陀螺的正常标志状态为正常、本陀螺所在陀螺组合的正常标志状态为正常；

满足所有陀螺数据有效条件的陀螺数据的陀螺数据有效标志的状态为有效，不满足任意一个陀螺数据有效条件的陀螺数据的陀螺数据有效标志的状态为无效；

步骤S3、判断陀螺数据有效标志是否有效，如果是，进行步骤S4，如果否，认为当前方向的陀螺数据异常，进行步骤S12；

步骤S4、建立包含三个正交方向和一个斜装方向的陀螺数据基准；

步骤S5、判断当前使用的三轴陀螺测量数据是否来自于同一套陀螺组合，如果是，进行步骤S6，如果否，进行步骤S8；

步骤S6、判断本套陀螺组合中的所有陀螺数据是否都有效，且陀螺数据满足正交投影关系，如果是，认为当前使用的陀螺正常，进行步骤S7，如果否，进行步骤S8；

步骤S7、用本套陀螺组合内的陀螺数据更新陀螺数据基准；

步骤S8、将当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据进行比较，判断判断变化量是否在姿态允许变化量以内，且对应的陀螺数据有效，如果是，认为当前使用的陀螺正常，进行步骤S9，如果否，进行步骤S10；

步骤S9、用当前使用的三个方向的陀螺测量数据更新陀螺数据基准对应的三个方向，并根据正交投影关系计算陀螺数据基准的另一个方向数据，进行步骤S2；

步骤S10、在所有陀螺组合中寻找除当前使用的三个方向的陀螺测量数据以外的第四个方向的陀螺测量数据，判断该第四个方向的陀螺测量数据与当前使用的三个方向的陀螺测量数据是否满足正交投影关系，且相关陀螺数据有效，如果是，则认为当前使用的陀螺正常，进行步骤S9，如果否，进行步骤S11；

步骤S11、将当前使用的三个方向的陀螺测量数据与陀螺数据基准的对应方向进行比较，判断变化量是否在姿态允许变化量以内，且相关陀螺数据有效，如果是，则认为当前使用的陀螺正常，则进行步骤S9，如果否，认为当前方向的陀螺数据异常，进行步骤S12；

步骤S12、如果当前使用的三个方向的陀螺测量数据中连续出现(连续出现的次数根据具体情况设定)陀螺数据异常，则判定对应方向的陀螺数据故障，将对应的陀螺正常标志设置为故障，进行步骤S2，否则，返回进行步骤S3。

如图2所示，在本发明的一个较佳实施例中，定义每个陀螺组合及其内部各陀螺的测量数据为：

G₁＝(g_1x,g_1y,g_1z,g_1s)，G₂＝(g_2x,g_2y,g_2z,g_2s)，...，G_i＝(g_ix,g_iy,g_iz,g_is)

其中：

G_i表示第i套陀螺组合的测量数据；

g_ix表示第i套陀螺组合的X轴方向陀螺测量数据；

g_iy表示第i套陀螺组合的Y轴方向陀螺测量数据；

g_iz表示第i套陀螺组合的Z轴方向陀螺测量数据；

g_is表示第i套陀螺组合的S斜装方向陀螺测量数据；

定义当前使用的陀螺测量量为g_x、g_y、g_z和g_s。

对陀螺组合的测量数据进行诊断，包含以下步骤：

步骤1、给每个陀螺组合中的所有陀螺建立陀螺正常标志：

GR₁＝(gr_1x,gr_1y,gr_1z,gr_1s)，GR₂＝(gr_2x,gr_2y,gr_2z,gr_2s)，...，GR_i＝(gr_ix,gr_iy,gr_iz,gr_is)

其中：

GR_i表示第i套陀螺组合的正常标志，true表示正常，false表示故障；

gr_ix表示第i套陀螺组合的X轴方向陀螺正常标志，true表示正常，false表示故障；

gr_iy表示第i套陀螺组合的Y轴方向陀螺正常标志，true表示正常，false表示故障；

gr_iz表示第i套陀螺组合的Z轴方向陀螺正常标志，true表示正常，false表示故障；

gr_is表示第i套陀螺组合的S斜装方向陀螺正常标志，true表示正常，false表示故障。

步骤2、采集所有陀螺组合中各陀螺的测量数据、根据陀螺组合和陀螺的温度、电流、加断电状态、通讯状态和陀螺正常标志，建立陀螺数据有效标志：

GA₁＝(ga_1x,ga_1y,ga_1z,ga_1s)，GA₂＝(ga_2x,ga_2y,ga_2z,ga_2s)，...，GA_i＝(ga_ix,ga_iy,ga_iz,ga_is)

其中：

GA_i表示第i套陀螺组合的数据有效标志，true表示有效，false表示无效；

ga_ix表示第i套陀螺组合的X轴方向陀螺数据有效标志，true表示有效，false表示无效；

ga_iy表示第i套陀螺组合的Y轴方向陀螺数据有效标志，true表示有效，false表示无效；

ga_iz表示第i套陀螺组合的Z轴方向陀螺数据有效标志，true表示有效，false表示无效；

ga_is表示第i套陀螺组合的S斜装方向陀螺数据有效标志，true表示有效，false表示无效；

陀螺数据有效的条件为：陀螺已加电、且数据采集正常完成，且陀螺温度和电流正常、且本陀螺的正常标志为true、且本陀螺所在组合的正常标志为true，不满足以上任一条件，则设置当前陀螺数据无效为false。

步骤3、判断陀螺数据有效标志是否有效，如果是，进行步骤4，如果否，认为当前方向的陀螺数据异常，进行步骤12。

步骤4、建立包含三个正交方向和一个斜装方向的陀螺数据基准：

GB＝(gb_x,gb_y,gb_z,gb_s)

其中：

gb_x表示X轴方向陀螺数据的基准值；

gb_y表示Y轴方向陀螺数据的基准值；

gb_z表示Z轴方向陀螺数据的基准值；

gb_s表示S斜装方向陀螺数据的基准值。

步骤5、判断当前使用的三轴陀螺测量数据是否来自于同一套陀螺组合，如果是，进行步骤6，如果否，进行步骤8。

步骤6、判断本套陀螺组合中的所有陀螺数据是否都有效，且陀螺数据满足正交投影关系；

且ga_ix、ga_iy、ga_iz和ga_is均为true；

其中，Δg为系统允许的测量误差；

如果满足以上判定关系，认为当前使用的陀螺正常，进行步骤7，如果不满足以上判定关系，进行步骤8。

步骤7、用本套陀螺组合内的陀螺数据更新陀螺数据基准，即：GB＝G_i。

步骤8、将当前使用的三个方向的陀螺测量数据与所有陀螺组合中同方向的陀螺测量数据进行比较，判断判断变化量是否在姿态允许变化量以内，且对应的陀螺数据有效；如果是，认为当前使用的陀螺正常，进行步骤9，如果否，进行步骤10；

当接入X、Y、Z三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_x-g_1x)≤Δg_x且abs(g_y-g_1y)≤Δg_y且abs(g_z-g_1z)≤Δg_z且ga_1x、ga_1y和ga_1z均为true；

abs(g_x-g_2x)≤Δg_x且abs(g_y-g_2y)≤Δg_y且abs(g_z-g_2z)≤Δg_z且ga_2x、ga_2y和ga_2z均为true；

……

abs(g_x-g_ix)≤Δg_x且abs(g_y-g_iy)≤Δg_y且abs(g_z-g_iz)≤Δg_z且ga_ix、ga_iy和ga_iz均为true；

当接入X、Y、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_x-g_1x)≤Δg_x且abs(g_y-g_1y)≤Δg_y且abs(g_s-g_1s)≤Δg_s且ga_1x、ga_1y和ga_1s均为true；

abs(g_x-g_2x)≤Δg_x且abs(g_y-g_2y)≤Δg_y且abs(g_s-g_2s)≤Δg_s且ga_2x、ga_2y和ga_2s均为true；

……

abs(g_x-g_ix)≤Δg_x且abs(g_y-g_iy)≤Δg_y且abs(g_s-g_is)≤Δg_s且ga_ix、ga_iy和ga_is均为true；

当接入X、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_x-g_1x)≤Δg_x且abs(g_z-g_1z)≤Δg_z且abs(g_s-g_1s)≤Δg_s且ga_1x、ga_1z和ga_1s均为true；

abs(g_x-g_2x)≤Δg_x且abs(g_z-g_2z)≤Δg_z且abs(g_s-g_2s)≤Δg_s且ga_2x、ga_2z和ga_2s均为true；

……

abs(g_x-g_ix)≤Δg_x且abs(g_z-g_iz)≤Δg_z且abs(g_s-g_is)≤Δg_s且ga_ix、ga_iz和ga_is均为true；

当接入Y、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_y-g_1y)≤Δg_y且abs(g_z-g_1z)≤Δg_z且abs(g_s-g_1s)≤Δg_s且ga_1y、ga_1z和ga_1s均为true；

abs(g_y-g_2y)≤Δg_y且abs(g_z-g_2z)≤Δg_z且abs(g_s-g_2s)≤Δg_s且ga_2y、ga_2z和ga_2s均为true；

……

abs(g_y-g_iy)≤Δg_y且abs(g_z-g_iz)≤Δg_z且abs(g_s-g_is)≤Δg_s且ga_iy、ga_iz和ga_is均为true；

其中，Δg_x、Δg_y、Δg_z和Δg_s为姿态允许变化量。

步骤9、用当前使用的三个方向的陀螺测量数据更新陀螺数据基准对应的三个方向，并根据正交投影关系计算陀螺数据基准的另一个方向数据，进行步骤2；

当接入X、Y、Z三个方向的陀螺测量数据时，陀螺数据基准为：

gb_x＝g_x，gb_y＝g_y，gb_z＝g_z，

当接入X、Y、S三个方向的陀螺测量数据时，陀螺数据基准为：

gb_x＝g_x，gb_y＝g_y，gb_s＝g_s；

当接入X、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，陀螺数据基准为：

gb_x＝g_x，gb_z＝g_z，gb_s＝g_s；

当接入Y、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，陀螺数据基准为：

gb_y＝g_y，gb_z＝g_z，gb_s＝g_s。

步骤10、在所有陀螺组合中寻找除当前使用的三个方向的陀螺测量数据以外的第四个方向的陀螺测量数据，判断该第四个方向的陀螺测量数据与当前使用的三个方向的陀螺测量数据是否满足正交投影关系，且相关陀螺数据有效，如果是，则认为当前使用的陀螺正常，进行步骤9，如果否，进行步骤11；

当接入X、Y、Z三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

且ga_is为true；

当接入X、Y、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

且ga_iz为true；

当接入X、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

且ga_iy为true；

当接入Y、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

且ga_ix为true。

步骤11、将当前使用的三个方向的陀螺测量数据与陀螺数据基准的对应方向进行比较，判断变化量是否在姿态允许变化量以内，且相关陀螺数据有效，如果是，则认为当前使用的陀螺正常，则进行步骤9，如果否，认为当前方向的陀螺数据异常，进行步骤12；

当接入X、Y、Z三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_x-gb_x)≤Δg_x且abs(g_y-gb_y)≤Δg_y且abs(g_z-gb_z)≤Δg_z；

当接入X、Y、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_x-gb_x)≤Δg_x且abs(g_y-gb_y)≤Δg_y且abs(g_s-gb_s)≤Δg_s；

当接入X、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_x-gb_x)≤Δg_x且abs(g_z-gb_z)≤Δg_z且abs(g_s-gb_s)≤Δg_s；

当接入Y、Z、S三个方向的陀螺测量数据时，判断条件为：

abs(g_y-gb_y)≤Δg_y且abs(g_z-gb_z)≤Δg_z且abs(g_s-gb_s)≤Δg_s。

步骤12、如果当前使用的三个方向的陀螺测量数据中连续出现陀螺数据异常，则判定对应方向的陀螺数据故障，将对应的陀螺正常标志gr_ij(i,1..n；j,x..s)设置为故障false，进行步骤2。

重复步骤2至步骤8持续进行陀螺数据诊断。

本发明的优点和有益效果是：

1、即便陀螺组合进入寿命末期，只要能够提供正常控制所需的三个不同方向的陀螺测量数据，本诊断方法就能够继续工作。

2、在空间飞行器出现较大的姿态变化或外力矩干扰时，由于增加了陀螺数据的正交投影关系诊断，不会出现误判的情况。

3、本发明的陀螺数据诊断法方法的输入全部来自陀螺组合以内，不涉及其它敏感器或执行机构，不会受这些敏感器或执行机构工作状态变化和发生故障的影响。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。