本发明涉及一种陀螺组合的角速度信号模拟方法。
背景技术：
高精度、高稳定度的卫星姿态控制系统中通常用陀螺组合来作为角速度敏感器。陀螺组合为控制系统的重要产品。在卫星姿态控制系统半物理仿真试验系统中，通常角速度的使用方法有两种：一种将陀螺组合放置于运动模拟器(转台)上，并以动力学仿真数据驱动运动模拟器模拟卫星姿态，以此激励陀螺组合输出角速度信息给星上计算机实现闭环控制；而另外一种方法是动力学仿真计算机直接模拟陀螺组合的输出将角速度信息输入给星上计算机。第一种方法受限于场地，如果陀螺组合安装于整星后，无法实现陀螺组合接入的闭环控制。第二种方法在半物理仿真试验系统中无法使用陀螺组合的任何真实输出，星上软件对于陀螺组合的数据及产品状态无法进行时实判断。
技术实现要素：
本发明提供一种陀螺组合的角速度信号模拟方法，解决了使用陀螺组合测试口时地球自转角速度带来的影响，同时也解决了地面闭环试验时无运动模拟器不能接入使用陀螺数据的问题，使陀螺组合接入卫星姿态控制系统不再受限于运动模拟器，加强了陀螺组合地面验证的有效性和真实性。
为了达到上述目的，本发明提供一种陀螺组合的角速度信号模拟方法，包含以下步骤：将陀螺组合水平放置在地基上，陀螺组合分别与地面动力学仿真计算机和星上计算机硬件连接，地面动力学仿真计算机将仿真计算获得的卫星姿态角速度与陀螺组合三轴上的地球自转角速度分量的差值作为陀螺组合需要模拟的角速度值输出给陀螺组合，陀螺组合接收地面动力学仿真计算机的输入数据后，输出卫星姿态角速度数据给星上计算机。
所述的地面动力学仿真计算机输出给陀螺组合的角速度值为：
式中：是地面动力学仿真计算机输出给陀螺组合的角速度；是卫星相对惯性空间的角速度；A是卫星姿态相对陀螺组合坐标系的位置转换矩阵；是地球自转角速度在陀螺组合坐标系中的分量。
放置在地基上的陀螺组合三个测量轴上的地球自转角速度的分量的计算公式为：
式中：ωe是地球自转角速度，ωe＝15°/h；λ是地基所在地的地理纬度；δ是陀螺组合Y轴与北向夹角，陀螺组合三轴正交且X轴指天。
所述的陀螺组合的测试口与地面动力学仿真计算机的硬件接口板卡连接，陀螺组合的测试口与星上计算机的硬件接口板卡连接。
陀螺组合与地面动力学仿真计算机的通讯周期T1小于陀螺组合与星上计算机的通讯周期T2。
本发明利用陀螺组合的测试口，输入为卫星动力学仿真的卫星角速度及陀螺组合所测得地球自转角速度分量差值，模拟卫星姿态所需的陀螺组合输出，实现闭环控制，解决了使用陀螺组合测试口时地球自转角速度带来的影响，保留了陀螺组合自身输出的特点如零偏及零偏稳定性等等，同时也解决了地面闭环试验时无运动模拟器不能接入使用陀螺数据的问题，在整个的卫星测试过程中均可以使用陀螺组合真实输出，使陀螺组合接入卫星姿态控制系统不再受限于运动模拟器，加强了陀螺组合地面验证的有效性和真实性。
附图说明
图1是本发明的示意图。
具体实施方式
以下根据图1具体说明本发明的较佳实施例。
在使用陀螺组合的测试口时，陀螺组合的输出为真实的测量值和测试口接收数据的叠加。为了使陀螺组合输出的数据为星体的姿态角速度，则其测试口的输入数据需将陀螺组合的真实测量值扣除，即在陀螺组合内部将真实测量值与测试口接收数据叠加后获得星体的姿态角速度。静态的陀螺组合的真实测量值即为地球自转角速度。
如图1所示，本发明提供一种陀螺组合的角速度信号模拟方法，将陀螺组合水平放置在地基上，陀螺组合分别与地面动力学仿真计算机和星上计算机硬件连接，地面动力学仿真计算机将仿真计算获得的卫星姿态角速度与陀螺组合三轴上的地球自转角速度分量的差值作为陀螺组合需要模拟的角速度值输出给陀螺组合，陀螺组合接收地面动力学仿真计算机的输入数据后，输出卫星姿态角速度数据给星上计算机。
所述的地面动力学仿真计算机将从星上计算机获得的实际的卫星角速度通过坐标变换转化为陀螺组合所需要模拟的角速度值，并扣除陀螺组合三轴上的地球自转角速度分量后，作为陀螺组合需要模拟的角速度值输出给陀螺组合，所述的地面动力学仿真计算机输出给陀螺组合的角速度值为：
式中：是地面动力学仿真计算机输出给陀螺组合的角速度；是卫星相对惯性空间的角速度；A是卫星姿态相对陀螺组合坐标系的位置转换矩阵；是地球自转角速度在陀螺组合坐标系中的分量；
放置在地基上的陀螺组合三个测量轴上的地球自转角速度的分量的计算公式为：
式中：ωe是地球自转角速度，ωe＝15°/h；λ是地基所在地的地理纬度；δ是陀螺组合Y轴与北向夹角(陀螺组合三轴正交且X轴指天)，按照陀螺组合安装的位置确定陀螺组合每个轴的地球自转角速度分量。
陀螺组合输出的数据为输入数据与陀螺组合真实测量值之和，静态的陀螺组合的真实测量值即为陀螺组合三轴上的地球自转角速度分量，该地球自转角速度分量与输入数据中的地球自转角速度分量正负抵消，则最终陀螺组合输出的数据为地面动力学仿真计算机仿真计算获得的卫星姿态角速度。
所述的陀螺组合的测试口与地面动力学仿真计算机的硬件接口板卡连接，陀螺组合的测试口与星上计算机的硬件接口板卡连接。本实施例中，陀螺组合的测试口采用RS422串口。
陀螺组合与地面动力学仿真计算机的通讯周期T1小于陀螺组合与星上计算机的通讯周期T2。如果周期T1与T2接近，则周期T1有一拍为误码，就会影响周期T2整个一拍的计算，如果周期T1越小，每一拍的误码对周期T2的影响就越小，但会给陀螺组合的计算增加负担，综合考虑，确定合适的通讯周期T1，例如，可以把通讯周期T1的采集周期定为100ms，以减小长周期误码带来的系统影响。
本发明利用陀螺组合的测试口，输入为卫星动力学仿真的卫星角速度及陀螺组合所测得地球自转角速度分量差值，模拟卫星姿态所需的陀螺组合输出，实现闭环控制，解决了使用陀螺组合测试口时地球自转角速度带来的影响，保留了陀螺组合自身输出的特点如零偏及零偏稳定性等等，同时也解决了地面闭环试验时无运动模拟器不能接入使用陀螺数据的问题，在整个的卫星测试过程中均可以使用陀螺组合真实输出，使陀螺组合接入卫星姿态控制系统不再受限于运动模拟器，加强了陀螺组合地面验证的有效性和真实性。
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。