專利名稱：一種微機械陀螺(mems)在深空探測中的使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機械陀螺(MEMS)在深空探測中的使用方法，為滿足深空探測 器對姿控系統(tǒng)單機重量、體積、功耗的要求，在國內(nèi)深空探測中首次使用石英微機械陀螺作 為角速度測量器件。微機械陀螺零位隨溫度發(fā)生變化(溫漂)、隨時間發(fā)生變化(年漂)， 研制了相關(guān)在軌補償算法，滿足深空探測器姿控系統(tǒng)的使用要求。
背景技術(shù)：
國內(nèi)研制火星探測器，在執(zhí)行火星探測任務(wù)時，需要進行速率阻尼、捕獲太陽和初 始姿態(tài)建立等。火星探測器對整星質(zhì)量有嚴格要求，需要在設(shè)計階段優(yōu)化單機配置，石英微 機械陀螺作為一種新型慣性測量元件，與傳統(tǒng)機電類陀螺和光電類陀螺相比，具有外形尺 寸小、重量輕、功耗低、啟動快、成本低、抗高沖擊性強、可靠性高和易于數(shù)字化，同時具有諧 振頻率和品質(zhì)因子高等優(yōu)點。但是微機械陀螺尚未在深空探測用應(yīng)用，因此，需要提出一種 微機械陀螺在深空探測中的使用方法。發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種微機械陀螺 (MEMS)在深空探測中的使用方法，為滿足深空探測姿控系統(tǒng)的使用要求，需要考慮微機械 陀螺的年漂、溫漂等因素，采用溫漂在軌修正、結(jié)合星敏感器測量信息設(shè)計卡爾曼濾波器， 實時準確修正石英微機械陀螺的零位。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)的，一種微機械陀螺 (MEMS)在深空探測中的使用方法，其具體包括如下步驟
1.在微機械陀螺裝星前，首先進行零位的高低溫標定試驗；
2.根據(jù)高低溫標定試驗數(shù)據(jù)擬合系數(shù)，給出微機械陀螺溫漂在軌補償算法；
3.利用星敏感器的測量值實時修正陀螺零位變化，計算陀螺角速率。
所述的高低溫標定試驗，將陀螺放于帶有轉(zhuǎn)臺的溫控箱內(nèi)，設(shè)定溫度范圍 為-30°C -45°C，溫控轉(zhuǎn)臺溫度穩(wěn)定性±3°C，溫度變化的速率不小于1°C /min，保溫3小時 后，測量5分鐘的信號輸出和熱敏電阻輸出并保存。
本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點和有益效果是
該發(fā)明的使用方法，為深空探測任務(wù)以及地球微小衛(wèi)星可以采用石英微機械陀 螺，以滿足整星對尺寸、重量、功耗的要求。


以下將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為本發(fā)明的零位標定試驗框圖。
具體實施方式
如圖1所示，為本發(fā)明的零位標定試驗框圖。在深空探測中使用微機械陀螺，首先 需要進行陀螺零位的高低溫標定試驗，連接標定試驗設(shè)備，將陀螺安裝于工裝上并放于帶 有轉(zhuǎn)臺的溫控箱內(nèi)，使陀螺敏感軸呈東西方向放置。當溫控箱至設(shè)定的每個溫度點并保溫 3小時后，測量一組不少于5分鐘的信號輸出和熱敏電阻輸出并保存。6個溫度點為一個 循環(huán)，整個試驗4個循環(huán)。溫控轉(zhuǎn)臺溫度穩(wěn)定性±3°C，溫度變化的速率不小于1°C /min。 在包含工作溫度范圍內(nèi)取6個溫度點進行測試，每個溫度點保溫2小時，取最后20分鐘陀 螺測量輸出平均值作為該溫度點的零位輸出。6個溫度點分別為-30°C、-10°C、0°C、10°C、 30。。、45。。。通過高低溫標定試驗，得到了陀螺零位初值，以及高低溫零位擬合數(shù)據(jù)，采用二階 曲線擬合標定算法
權(quán)利要求
1.一種微機械陀螺在深空探測中的使用方法，其特征在于包括如下步驟 1)在微機械陀螺裝星前，首先進行零位的高低溫標定試驗； 2)根據(jù)高低溫標定試驗數(shù)據(jù)擬合系數(shù)，給出陀螺溫漂在軌補償算法； 3)利用星敏感器的測量值實時修正陀螺零位變化，計算陀螺角速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械陀螺在深空探測中的使用方法，其特征在于所述步驟1-1)中，高低溫標定試驗，將陀螺放于帶有轉(zhuǎn)臺的溫控箱內(nèi)，設(shè)定溫度范圍為-30°C 45°C，溫控轉(zhuǎn)臺溫度穩(wěn)定性±3°C，溫度變化的速率不小于1°C /min，保溫3小時后，測量5分鐘的信號輸出和熱敏電阻輸出并保存。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械陀螺在深空探測中的使用方法，其特征在于所述步驟1-2)中，微機械陀螺溫漂在軌補償算法的公式為B = a*Vt2+b*Vt+c式中 B為溫漂擬合陀螺零位(° /s)； Vt為陀螺熱敏電阻采樣電壓值(V)； a、b、c為根據(jù)高低溫標定試驗數(shù)據(jù)得到的擬合系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機械陀螺在深空探測中的使用方法，其特征在于所述步驟1-3)中，利用星敏感器的測量值實時修正陀螺零位變化，陀螺角速率的計算公式為=(°m ~B~bk 式中 k為修正后的陀螺角速度； ωπ為陀螺測量角速度； B為陀螺溫漂值； ^為陀螺零位星敏估計值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微機械陀螺(MEMS)在深空探測中的使用方法，針對微機械陀螺零位隨溫度發(fā)生變化(溫漂)、隨時間發(fā)生變化(年漂)的特性，首先由地面標定試驗擬合出陀螺零位系數(shù)，給出了在軌補償算法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法為深空探測提供一種新的敏感器，在重量、體積、功耗等方面有較大優(yōu)勢，具有較強的實用推廣價值。
文檔編號G01C25/00GK103017745SQ20111028990
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者尹海寧, 袁彥紅, 聶章海, 蔡陳生, 李芳華, 沈怡颹, 劉振剛 申請人:上海航天控制工程研究所