一種微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛行器姿態(tài)系統(tǒng)性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著微電子系統(tǒng)技術(shù)的全面發(fā)展，小型化、低成本和低功耗的微型姿態(tài)模塊已經(jīng)成為導(dǎo)航領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。在飛行器技術(shù)領(lǐng)域，微型姿態(tài)模塊通常作為導(dǎo)航測(cè)量系統(tǒng)，其基本功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)角速度、比力等信息的直接測(cè)量并解算得到飛行器的俯仰角、橫滾角等姿態(tài)，最終將傳感器數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果發(fā)送到外部，用于載體的姿態(tài)控制或顯示。微型姿態(tài)模塊的輸出姿態(tài)精度是其性能中最重要的部分。微型姿態(tài)模塊的姿態(tài)精度測(cè)試包括高溫、低溫和常溫下的靜態(tài)精度測(cè)試和動(dòng)態(tài)精度測(cè)試。其中，動(dòng)態(tài)精度是指微型姿態(tài)模塊在動(dòng)態(tài)情況下姿態(tài)輸出與轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)角之間的誤差，動(dòng)態(tài)測(cè)試的主要內(nèi)容包括:輸出俯仰角、橫滾角動(dòng)態(tài)精度。為了最大限度地接近實(shí)際飛行載體的動(dòng)態(tài)特性，通常選擇擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)為動(dòng)態(tài)測(cè)試的手段。
[0003]在目前實(shí)際工程應(yīng)用中，微型姿態(tài)模塊的所有標(biāo)定、試驗(yàn)均在高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)上完成，其動(dòng)態(tài)精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)，通常以轉(zhuǎn)臺(tái)輸出角度作為對(duì)比基準(zhǔn)。這種微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試系統(tǒng)及方法，主要是通過(guò)雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)激勵(lì)微型姿態(tài)模塊，通過(guò)PC機(jī)采集轉(zhuǎn)臺(tái)和微型姿態(tài)模塊在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的輸出，由兩者的輸出之差計(jì)算出微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)。這種測(cè)試系統(tǒng)及方法存在以下問(wèn)題:一是要分別采集轉(zhuǎn)臺(tái)和微型姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)，導(dǎo)致兩者數(shù)據(jù)不能同步；二是無(wú)法對(duì)微型姿態(tài)模塊和轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)的不同步性進(jìn)行處理，造成測(cè)試精度較低、可靠性差；三是在精度指標(biāo)計(jì)算中對(duì)微型姿態(tài)模塊與轉(zhuǎn)臺(tái)安裝誤差不做處理，使測(cè)試結(jié)果可靠性低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試系統(tǒng)及其方法，可以同步采集轉(zhuǎn)臺(tái)和微型姿態(tài)模塊的數(shù)據(jù)，也可以對(duì)微型姿態(tài)模塊和轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)的不同步性進(jìn)行處理，并能有效對(duì)微型姿態(tài)模塊與轉(zhuǎn)臺(tái)安裝誤差進(jìn)行處理，測(cè)試精度高，可靠性好。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試系統(tǒng)，包括:
高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)劃，為測(cè)試系統(tǒng)提供位置、速率、搖擺動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)，以串行方式輸出動(dòng)態(tài)參數(shù)；
微型姿態(tài)模塊，由夾具固定在所述的高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)上，為飛行器提供實(shí)時(shí)的加速度、角速度和姿態(tài)信息；
PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，由PC機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)并完成動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)的解算及輸出； 其特征在于，還包括一個(gè)數(shù)據(jù)同步采集板，由單片機(jī)和接口電路組成；所述的數(shù)據(jù)同步采集板在動(dòng)態(tài)測(cè)試中采集高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)和微型姿態(tài)模塊的數(shù)據(jù)，在所述的單片機(jī)中完成數(shù)據(jù)的同步，同時(shí)將此數(shù)據(jù)以串行方式輸出到PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊。
[0006]所述的微型姿態(tài)模塊通過(guò)第一接口電路與所述的高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)串行連接；所述的數(shù)據(jù)同步采集板通過(guò)第二接口電路、第三接口電路分別串行連接到所述的微型姿態(tài)模塊和高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的輸出接口，實(shí)現(xiàn)微型姿態(tài)模塊與高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的同步數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)同步采集板通過(guò)第四接口電路串行連接到所述的PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，PC機(jī)接收并存儲(chǔ)所述的同步采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理軟件通過(guò)對(duì)該記錄數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，計(jì)算微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)。
[0007]所述的數(shù)據(jù)同步采集板的單片機(jī)采用STM32F407型ARM處理器。
[0008]所述的第二接口電路和第四接口電路采用RS422接口 MAX490芯片，第三接口電路采用RS232接口 MAX232芯片。
[0009]一種微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試的方法，其特征在于，具體步驟如下:
步驟一、通過(guò)高精度夾具將微型姿態(tài)模塊固定在高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)框安裝平面上； 步驟二、將數(shù)據(jù)同步采集板的第二接口電路、第三接口電路分別連接微型姿態(tài)模塊和高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)的輸出接口；
步驟三、啟動(dòng)微型姿態(tài)模塊和轉(zhuǎn)臺(tái)并設(shè)置轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)條件，設(shè)置測(cè)試時(shí)間并啟動(dòng)測(cè)試；
步驟四、啟動(dòng)數(shù)據(jù)同步采集板，實(shí)現(xiàn)微型姿態(tài)模塊和轉(zhuǎn)臺(tái)的同步數(shù)據(jù)采集，同時(shí)單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的粗同步；
步驟五、將粗同步后的數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊；
步驟六、PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的精同步；分析處理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度。
[0010]在步驟四中，所述數(shù)據(jù)粗同步的過(guò)程是:所述的數(shù)據(jù)同步采集板啟動(dòng)后，單片機(jī)處理器延時(shí)初始化并啟動(dòng)開(kāi)機(jī)時(shí)間，利用同步采集程序?qū)⒔邮盏降奈⑿妥藨B(tài)模塊和轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)據(jù)分別添加時(shí)間標(biāo)志后，再將添加了時(shí)間標(biāo)志的微型姿態(tài)模塊和轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼、整合并輸出給PC機(jī)儲(chǔ)存。
[0011]在步驟六中，所述數(shù)據(jù)精同步的過(guò)程是:
PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊讀取精同步數(shù)據(jù)，并對(duì)添加了時(shí)間標(biāo)志的微型姿態(tài)模塊的橫滾角信息、俯仰角信息數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)臺(tái)的內(nèi)外框位置信息數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合；將微型姿態(tài)模塊橫滾角、俯仰角數(shù)據(jù)小量平移，使微型姿態(tài)模塊信息的基準(zhǔn)與轉(zhuǎn)臺(tái)輸出信息的基準(zhǔn)之間的同步性更精確。
[0012]在所述步驟六中，所述的計(jì)算微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度的過(guò)程是:
用PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊的MATLAB對(duì)精同步后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，利用轉(zhuǎn)臺(tái)靜止階段采集的微型姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)求平均，得到微型姿態(tài)模塊的橫滾角初始安裝誤差、俯仰角初始安裝誤差；扣除安裝誤差后，對(duì)每一時(shí)刻的微型姿態(tài)模塊橫滾角和轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框角求差值，得到該時(shí)刻的微型姿態(tài)模塊橫滾角誤差；將每一時(shí)刻的橫滾角誤差平方相加再開(kāi)根即可得到微型姿態(tài)模塊橫滾角動(dòng)態(tài)精度結(jié)果。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果: 1.本發(fā)明通過(guò)嵌入式數(shù)據(jù)同步采集板對(duì)微型姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步采集和實(shí)時(shí)粗同步處理，從而提高了動(dòng)態(tài)情況下采集得到的微型姿態(tài)模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可信度，采用該方法測(cè)試出的微型姿態(tài)模塊動(dòng)態(tài)精度更加可靠和精確；
2.本發(fā)明通過(guò)PC機(jī)MATLAB數(shù)據(jù)處理軟件，采用精同步軟件算法對(duì)粗同步后的數(shù)據(jù)進(jìn)行精同步處理，進(jìn)一步提高了動(dòng)態(tài)情況下高頻采集得到的微型姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)的同步性，從而提高了該方法測(cè)試得到的微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度。
[0014]3、本發(fā)明可拓展至對(duì)多個(gè)微型姿態(tài)模塊同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)精度測(cè)試，進(jìn)一步提高測(cè)試效率。本發(fā)明所測(cè)試的微型姿態(tài)模塊，是通過(guò)高精度夾具固定在雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框中，如需同時(shí)對(duì)多個(gè)微型姿態(tài)模塊進(jìn)行批量動(dòng)態(tài)精度測(cè)試，可改用批量測(cè)試專(zhuān)用夾具，數(shù)據(jù)同步采集板可同時(shí)采集多個(gè)微型姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)并完成同步，同時(shí)發(fā)送給PC機(jī)。S卩，若實(shí)現(xiàn)多個(gè)模塊批量測(cè)試，僅僅需改裝原有夾具，減少了成本，提高了測(cè)試效率。
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試方法示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的主要信號(hào)流程圖。
[0019]圖4是本發(fā)明測(cè)試方法流程圖。
[0020]圖5是本發(fā)明的微型姿態(tài)模塊與轉(zhuǎn)臺(tái)數(shù)據(jù)處理流程圖。
[0021]圖6是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步方法。
[0022]圖7是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)計(jì)算方法。
[0023]圖8— 11是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的微型姿態(tài)模塊橫滾角、俯仰角動(dòng)態(tài)精度測(cè)試結(jié)果曲線，分別為:
圖8是轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框角與產(chǎn)品橫滾角位置曲線圖。
[0024]圖9是橫滾角位置誤差。
[0025]圖10是轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)框角與產(chǎn)品俯仰角位置曲線圖。
[0026]圖11是俯仰角位置誤差圖。
[0027]其中，I高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)，2微型姿態(tài)模塊，3數(shù)據(jù)同步采集板，4 PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊，5第一接口電路，6第二接口電路，7第三接口電路，8第四接口電路。
【具體實(shí)施方式】
[0028]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的微型姿態(tài)模塊動(dòng)態(tài)精度測(cè)試主要通過(guò)PC機(jī)分別采集微型姿態(tài)模塊和提供基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)臺(tái)的數(shù)據(jù)，同時(shí)計(jì)算精度指標(biāo)。該方法不能保證雙方數(shù)據(jù)的同步，造成了微型姿態(tài)模塊動(dòng)態(tài)精度測(cè)試指標(biāo)的準(zhǔn)確度低，可靠性差。
[0029]如圖2所示，為本發(fā)明微型姿態(tài)模塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)試系統(tǒng)，包括:
高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)(1)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)運(yùn)行規(guī)劃，為測(cè)試系統(tǒng)提供位置、速率、搖擺動(dòng)態(tài)基準(zhǔn)，以串行方式輸出動(dòng)態(tài)參數(shù)；
微型姿態(tài)模塊(2)，由夾具固定在所述的高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)(I)上，為飛行器提供實(shí)時(shí)的加速度、角速度和姿態(tài)信息； PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊(4)，由PC機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與存儲(chǔ)并完成動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)的解算及輸出；
其特征在于，還包括一個(gè)數(shù)據(jù)同步采集板(3)，由單片機(jī)和接口電路組成；所述的數(shù)據(jù)同步采集板(3 )在動(dòng)態(tài)測(cè)試中采集高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)(I)和微型姿態(tài)模塊(2 )的數(shù)據(jù)，在所述的單片機(jī)中完成數(shù)據(jù)的同步，同時(shí)將此數(shù)據(jù)以串行方式輸出到PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊(4)。該數(shù)據(jù)同步采集板有效保證了測(cè)量工具一高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)和被測(cè)量物一微型姿態(tài)模塊數(shù)據(jù)的高度同步，保證了測(cè)量指標(biāo)的可靠性。
[0030]圖3是本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)的主要信號(hào)流程圖。其中，所述的微型姿態(tài)模塊(2)通過(guò)第一接口電路(5)與所述的高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)(I)串行連接；所述的數(shù)據(jù)同步采集板(3)通過(guò)第二接口電路(6)、第三接口電路(7)分別串行連接到所述的微型姿態(tài)模塊(2)和高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)(I)的輸出接口，實(shí)現(xiàn)微型姿態(tài)模塊(2)與高精度雙軸轉(zhuǎn)臺(tái)(I)的同步數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)同步采集板(3 )通過(guò)第四接口電路(8 )串行連接到所述的PC機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊(4 )，PC機(jī)接收并存儲(chǔ)所述的同步采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理軟件通過(guò)對(duì)該記錄數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析，計(jì)算微型姿態(tài)模塊(2)的動(dòng)態(tài)精度指標(biāo)。
[0031]所述的數(shù)據(jù)同步采集板(3)的單片機(jī)采用STM32F407型ARM處理器。
[0032]所述的第二接口電路(6)和第四接口電路(8)采用RS422接口 MAX490芯片，第三接口電路(7 )采用RS232接