陀螺组合常值漂移的标定方法和系统与流程

本发明涉及陀螺组合测试方法，具体涉及一种星载陀螺组合交付卫星控制分系统或装星后常值漂移参数的试验标定方法和系统。

背景技术：

随着航天技术门槛的降低和快速的商业化发展趋势，各科研院所、高校和民营公司逐步进入到商用小型卫星的研制和应用领域。在没有极高的可靠性、长寿命和严苛指标需求情况下，此类卫星研发和制造一般追求低投入，往往会选择相对低成本、功能性能满足使用需求即可的部组件和配套产品。

对于卫星平台而言，陀螺组合是控制系统的核心部件，为其提供惯性基准，失去该基准往往意味着灾难性的事故，因此对陀螺组合数据的使用方法研究及其效果的验证，是卫星控制系统的一项必须完成的工作。

在陀螺组合交付卫星控制系统或装星后，开展一些测试项目时，需要首先扣除其常值漂移。然而，由于成本控制的原因，所选取的陀螺组合对其常值漂移的重复性指标要求不可能太高，陀螺组合出厂验收时的常值漂移数据与控制系统(或整星)试验时常值漂移的实际数据偏差，有时甚至两次开机后的数据也有明显差别。另一方面，陀螺组合在出厂前，测试常值漂移参数时，往往依靠精密的工装设施或者设备保证被测陀螺与地球自转速度方向的位置关系，这些条件是控制系统或整星测试场地无法提供的。系统试验中，如果使用了不准确的陀螺漂移数据，陀螺组合在随转台运动时，会出现各表头输出数据不能准确反映系统控制情况、正交表头与斜装表头数据完备性偏差大被判数据错误而停控等情况，导致试验无法进行下去或不能保证试验结果的有效性。因此，在控制系统或整星试验中，如何快速、简便地对陀螺组合的常值漂移参数进行标定，是需要解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明提供一种陀螺组合常值漂移的标定方法和系统，能够在不借助外部精密装备的条件下，通过试验简便快速地测定当前陀螺组合的常值漂移参数。

为实现上述目的，本发明提供一种陀螺组合常值漂移的标定方法，其特点是，该方法包含：

采集陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值；

根据陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值与地球自转转速的关系获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移。

上述陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值与地球自转转速的关系包含：

地球自转转速在三个正交的陀螺表头敏感轴X、Y、Z方向上的分量满足式(1)：

X²+Y²+Z²＝ωe²(1)

式(1)中，ωe为地球自转转速；

在式(1)引入陀螺表头的常值漂移，则如式(2)：

(x-a)²+(y-b)²+(z-c)²＝ωe²(2)

式(2)中，x陀螺表头X测量值，y陀螺表头Y测量值，z陀螺表头Z测量值，a陀螺表头X的常漂值，b陀螺表头Y的常漂值，c陀螺表头Z的常漂值；

式(2)简化如式(3)：

式(3)中，为一常值，则设式(3)中则有式(4)：

上述获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移的方法包含：

放置陀螺组合在不同的方位或者转动卫星使陀螺组合处于不同的方位；

通过多组试验获取陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值x、y、z值，根据式(4)即得出陀螺组合三个表头当前状态下的常值漂移值a、b、c。

上述获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移的提高精度的方法包含：

试验获取陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值时，采集半个小时及以上的试验数据，求取三个表头输出数据的均值，并取方差较小的试验数据作为表头测量值的真值x、y、z。

上述获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移的提高精度的方法包含：

在开展常值漂移标定数据采集前，选择陀螺组合摆放方位时，首先通过遥测数据观察三个陀螺表头的测量值x、y、z；

当三个陀螺表头的测量值x、y、z中，最大值与最小值差距小于等于4倍，则采集该组测量值x、y、z。

当三个陀螺表头的测量值x、y、z中，最大值与最小值差距大于四倍，则不采集该组测量值x、y、z。

一种陀螺组合常值漂移的标定系统，其特点是，该系统包含：

测量值采集模块，其采集陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值；

常值漂移获取模块，其接收陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值，根据陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值与地球自转转速的关系获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移。

上述标定系统还包含测量值真值选取模块，其连接测量值采集模块的输出端，接收测量值采集模块采集半个小时及以上的试验数据，求取三个表头输出数据的均值，并取方差较小的试验数据作为陀螺组合三个正交陀螺表头的表头测量值的真值输出至常值漂移获取模块。

上述标定系统还包含测量值观察模块，其输出端连接测量值采集模块，测量值观察模块通过遥测数据观察当前三个陀螺表头的测量值，若当前三个陀螺表头的测量值的最大值与最小值差距小于等于4倍，则触发测量值采集模块采集当前的陀螺组合三个正交陀螺表头的表头测量值。

上述标定系统还包含陀螺组合方位控制模块，其控制陀螺组合放置在不同的方位或者控制卫星转动使陀螺组合处于不同的方位。

本发明陀螺组合常值漂移的标定方法和系统和现有技术相比，其优点在于，本发明的标定方法与陀螺组合产品出厂前一般采取的常值漂移测试技术相比，进行标定测试时，对地球自转转速与陀螺组合摆放关系没有严格要求，不需像专业的陀螺研制厂商一样，配备和利用专业且精密的工艺装备来明确地球自转转速在被测陀螺表头敏感轴上的分量值，对测试保障条件的要求更宽松；有利于陀螺组合交付后，在卫星控制系统或整星试验条件下实现常值漂移参数的便捷标定，避免常值漂移重复性指标不高的陀螺组合在专用工艺装备上测好常值漂移后再接入控制系统或零次通电后参数发生变化，特别适用于陀螺组合交付卫星控制系统或装星后的简便测定需要。

附图说明

图1为本发明陀螺组合常值漂移的标定方法的流程图；

图2为陀螺组合三个正交陀螺表头与地球自转转速的关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。

如图1所示，为一种陀螺组合常值漂移的标定方法的实施例，该方法具体包含以下步骤：

S1、采集陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值。

陀螺组合三个表头的测量值x、y、z均为卫星控制系统或整星测试条件下可以连续获取的遥测值。因此，放置陀螺组合在不同的方位或者转动卫星使得陀螺组合处于不同的方位，通过多组试验，至少4组，来获取陀螺组合三个表头的测量值x、y、z。

S2、根据陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值与地球自转转速的关系获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移。

如图2所示，陀螺组合三个正交陀螺表头与地球自转转速的关系，地球自转转速在三个正交的陀螺表头敏感轴X、Y、Z方向上的分量满足式(1)：

X²+Y²+Z²＝ωe²(1)

式(1)中，ωe为地球自转转速；

在式(1)引入陀螺表头的常值漂移，则如式(2)：

(x-a)²+(y-b)²+(z-c)²＝ωe²(2)

式(2)中，x陀螺表头X测量值，y陀螺表头Y测量值，z陀螺表头Z测量值，a陀螺表头X的常漂值，b陀螺表头Y的常漂值，c陀螺表头Z的常漂值；

式(2)简化如式(3)：

式(3)中，根据各参数的物理意义，可知为一常值，则设式(3)中则有式(4)：

式(4)中，a、b、c、m为待求的4个未知数。

根据S1采集的陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值x、y、z值，结合式(4)即得出陀螺组合三个表头当前状态下的常值漂移值a、b、c。

进一步的，为提高陀螺组合常值漂移的求取精度，在采集陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值中可以采取如下的措施：

措施一：

采用数据统计的方法，试验获取陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值时，采集半个小时及以上的试验数据，求取三个表头输出数据的均值，并取方差较小的试验数据作为表头测量值的真值x、y、z。

措施二：

从式(4)可以看出，表头测量值x、y、z分别是常值漂移a、b、c的系数。假设某摆放情况下，x值明显小于y、z，则式(4)中，未知数a所占权重过小，可能导致最终求取的误差偏大。

所以在开展常值漂移标定数据采集前，选择陀螺组合摆放方位时，首先通过遥测数据观察三个陀螺表头的测量值x、y、z，判断三个陀螺表头的测量值的最大值与最小值差距是否超过预设的阈值，若测量值的最大值与最小值差距大于阈值则不采集该测量值，若测量值的最大值与最小值差距小于等于阈值则采集当前的测量值，从而确保3个值差距不要太大。本实施例中，具体判定方式如下：

当三个陀螺表头的测量值x、y、z中，最大值与最小值差距小于等于4倍，则采集该组测量值x、y、z。

当三个陀螺表头的测量值x、y、z中，最大值与最小值差距大于四倍，则不采集该组测量值x、y、z。

本发明还公开了一种陀螺组合常值漂移的标定系统，该系统包含：测量值采集模块、常值漂移获取模块、测量值真值选取模块、测量值观察模块和陀螺组合方位控制模块。

测量值采集模块用于采集陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值。

常值漂移获取模块用于接收陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值，根据陀螺组合三个正交陀螺表头的测量值与地球自转转速的关系获取陀螺组合三个正交陀螺表头的常值漂移。

标测量值真值选取模块连接测量值采集模块的输出端，用于接收测量值采集模块采集半个小时及以上的试验数据，求取三个表头输出数据的均值，并取方差较小的试验数据作为陀螺组合三个正交陀螺表头的表头测量值的真值输出至常值漂移获取模块。

测量值观察模块输出端连接测量值采集模块，用于测量值观察模块通过遥测数据观察当前三个陀螺表头的测量值，若当前三个陀螺表头的测量值的最大值与最小值差距小于等于预设的阈值，例如4倍，则触发测量值采集模块采集当前的陀螺组合三个正交陀螺表头的表头测量值，反之则不采集当前的表头测量值。

陀螺组合方位控制模块用于控制陀螺组合放置在不同的方位或者控制卫星转动使陀螺组合处于不同的方位。

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。