本發(fā)明涉及一種陀螺組合的角速度信號(hào)模擬方法。
背景技術(shù)：
高精度、高穩(wěn)定度的衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中通常用陀螺組合來作為角速度敏感器。陀螺組合為控制系統(tǒng)的重要產(chǎn)品。在衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)半物理仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中，通常角速度的使用方法有兩種：一種將陀螺組合放置于運(yùn)動(dòng)模擬器(轉(zhuǎn)臺(tái))上，并以動(dòng)力學(xué)仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)模擬器模擬衛(wèi)星姿態(tài)，以此激勵(lì)陀螺組合輸出角速度信息給星上計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制；而另外一種方法是動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)直接模擬陀螺組合的輸出將角速度信息輸入給星上計(jì)算機(jī)。第一種方法受限于場(chǎng)地，如果陀螺組合安裝于整星后，無法實(shí)現(xiàn)陀螺組合接入的閉環(huán)控制。第二種方法在半物理仿真試驗(yàn)系統(tǒng)中無法使用陀螺組合的任何真實(shí)輸出，星上軟件對(duì)于陀螺組合的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品狀態(tài)無法進(jìn)行時(shí)實(shí)判斷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種陀螺組合的角速度信號(hào)模擬方法，解決了使用陀螺組合測(cè)試口時(shí)地球自轉(zhuǎn)角速度帶來的影響，同時(shí)也解決了地面閉環(huán)試驗(yàn)時(shí)無運(yùn)動(dòng)模擬器不能接入使用陀螺數(shù)據(jù)的問題，使陀螺組合接入衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)不再受限于運(yùn)動(dòng)模擬器，加強(qiáng)了陀螺組合地面驗(yàn)證的有效性和真實(shí)性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種陀螺組合的角速度信號(hào)模擬方法，包含以下步驟：將陀螺組合水平放置在地基上，陀螺組合分別與地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)和星上計(jì)算機(jī)硬件連接，地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)將仿真計(jì)算獲得的衛(wèi)星姿態(tài)角速度與陀螺組合三軸上的地球自轉(zhuǎn)角速度分量的差值作為陀螺組合需要模擬的角速度值輸出給陀螺組合，陀螺組合接收地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的輸入數(shù)據(jù)后，輸出衛(wèi)星姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)給星上計(jì)算機(jī)。
所述的地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)輸出給陀螺組合的角速度值為：
式中：是地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)輸出給陀螺組合的角速度；是衛(wèi)星相對(duì)慣性空間的角速度；A是衛(wèi)星姿態(tài)相對(duì)陀螺組合坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換矩陣；是地球自轉(zhuǎn)角速度在陀螺組合坐標(biāo)系中的分量。
放置在地基上的陀螺組合三個(gè)測(cè)量軸上的地球自轉(zhuǎn)角速度的分量的計(jì)算公式為：
式中：ωe是地球自轉(zhuǎn)角速度，ωe＝15°/h；λ是地基所在地的地理緯度；δ是陀螺組合Y軸與北向夾角，陀螺組合三軸正交且X軸指天。
所述的陀螺組合的測(cè)試口與地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的硬件接口板卡連接，陀螺組合的測(cè)試口與星上計(jì)算機(jī)的硬件接口板卡連接。
陀螺組合與地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的通訊周期T1小于陀螺組合與星上計(jì)算機(jī)的通訊周期T2。
本發(fā)明利用陀螺組合的測(cè)試口，輸入為衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)仿真的衛(wèi)星角速度及陀螺組合所測(cè)得地球自轉(zhuǎn)角速度分量差值，模擬衛(wèi)星姿態(tài)所需的陀螺組合輸出，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，解決了使用陀螺組合測(cè)試口時(shí)地球自轉(zhuǎn)角速度帶來的影響，保留了陀螺組合自身輸出的特點(diǎn)如零偏及零偏穩(wěn)定性等等，同時(shí)也解決了地面閉環(huán)試驗(yàn)時(shí)無運(yùn)動(dòng)模擬器不能接入使用陀螺數(shù)據(jù)的問題，在整個(gè)的衛(wèi)星測(cè)試過程中均可以使用陀螺組合真實(shí)輸出，使陀螺組合接入衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)不再受限于運(yùn)動(dòng)模擬器，加強(qiáng)了陀螺組合地面驗(yàn)證的有效性和真實(shí)性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的示意圖。
具體實(shí)施方式
以下根據(jù)圖1具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
在使用陀螺組合的測(cè)試口時(shí)，陀螺組合的輸出為真實(shí)的測(cè)量值和測(cè)試口接收數(shù)據(jù)的疊加。為了使陀螺組合輸出的數(shù)據(jù)為星體的姿態(tài)角速度，則其測(cè)試口的輸入數(shù)據(jù)需將陀螺組合的真實(shí)測(cè)量值扣除，即在陀螺組合內(nèi)部將真實(shí)測(cè)量值與測(cè)試口接收數(shù)據(jù)疊加后獲得星體的姿態(tài)角速度。靜態(tài)的陀螺組合的真實(shí)測(cè)量值即為地球自轉(zhuǎn)角速度。
如圖1所示，本發(fā)明提供一種陀螺組合的角速度信號(hào)模擬方法，將陀螺組合水平放置在地基上，陀螺組合分別與地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)和星上計(jì)算機(jī)硬件連接，地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)將仿真計(jì)算獲得的衛(wèi)星姿態(tài)角速度與陀螺組合三軸上的地球自轉(zhuǎn)角速度分量的差值作為陀螺組合需要模擬的角速度值輸出給陀螺組合，陀螺組合接收地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的輸入數(shù)據(jù)后，輸出衛(wèi)星姿態(tài)角速度數(shù)據(jù)給星上計(jì)算機(jī)。
所述的地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)將從星上計(jì)算機(jī)獲得的實(shí)際的衛(wèi)星角速度通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為陀螺組合所需要模擬的角速度值，并扣除陀螺組合三軸上的地球自轉(zhuǎn)角速度分量后，作為陀螺組合需要模擬的角速度值輸出給陀螺組合，所述的地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)輸出給陀螺組合的角速度值為：
式中：是地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)輸出給陀螺組合的角速度；是衛(wèi)星相對(duì)慣性空間的角速度；A是衛(wèi)星姿態(tài)相對(duì)陀螺組合坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換矩陣；是地球自轉(zhuǎn)角速度在陀螺組合坐標(biāo)系中的分量；
放置在地基上的陀螺組合三個(gè)測(cè)量軸上的地球自轉(zhuǎn)角速度的分量的計(jì)算公式為：
式中：ωe是地球自轉(zhuǎn)角速度，ωe＝15°/h；λ是地基所在地的地理緯度；δ是陀螺組合Y軸與北向夾角(陀螺組合三軸正交且X軸指天)，按照陀螺組合安裝的位置確定陀螺組合每個(gè)軸的地球自轉(zhuǎn)角速度分量。
陀螺組合輸出的數(shù)據(jù)為輸入數(shù)據(jù)與陀螺組合真實(shí)測(cè)量值之和，靜態(tài)的陀螺組合的真實(shí)測(cè)量值即為陀螺組合三軸上的地球自轉(zhuǎn)角速度分量，該地球自轉(zhuǎn)角速度分量與輸入數(shù)據(jù)中的地球自轉(zhuǎn)角速度分量正負(fù)抵消，則最終陀螺組合輸出的數(shù)據(jù)為地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算獲得的衛(wèi)星姿態(tài)角速度。
所述的陀螺組合的測(cè)試口與地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的硬件接口板卡連接，陀螺組合的測(cè)試口與星上計(jì)算機(jī)的硬件接口板卡連接。本實(shí)施例中，陀螺組合的測(cè)試口采用RS422串口。
陀螺組合與地面動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算機(jī)的通訊周期T1小于陀螺組合與星上計(jì)算機(jī)的通訊周期T2。如果周期T1與T2接近，則周期T1有一拍為誤碼，就會(huì)影響周期T2整個(gè)一拍的計(jì)算，如果周期T1越小，每一拍的誤碼對(duì)周期T2的影響就越小，但會(huì)給陀螺組合的計(jì)算增加負(fù)擔(dān)，綜合考慮，確定合適的通訊周期T1，例如，可以把通訊周期T1的采集周期定為100ms，以減小長(zhǎng)周期誤碼帶來的系統(tǒng)影響。
本發(fā)明利用陀螺組合的測(cè)試口，輸入為衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)仿真的衛(wèi)星角速度及陀螺組合所測(cè)得地球自轉(zhuǎn)角速度分量差值，模擬衛(wèi)星姿態(tài)所需的陀螺組合輸出，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，解決了使用陀螺組合測(cè)試口時(shí)地球自轉(zhuǎn)角速度帶來的影響，保留了陀螺組合自身輸出的特點(diǎn)如零偏及零偏穩(wěn)定性等等，同時(shí)也解決了地面閉環(huán)試驗(yàn)時(shí)無運(yùn)動(dòng)模擬器不能接入使用陀螺數(shù)據(jù)的問題，在整個(gè)的衛(wèi)星測(cè)試過程中均可以使用陀螺組合真實(shí)輸出，使陀螺組合接入衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)不再受限于運(yùn)動(dòng)模擬器，加強(qiáng)了陀螺組合地面驗(yàn)證的有效性和真實(shí)性。
盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。