一种新型四轴星载角位移测量系统及控制方法与流程

1.本发明涉及测量设备领域，具体涉及一种新型四轴星载角位移测量系统及控制方法。


背景技术：

2.随着遥感卫星对地观测分辨率的提升，由空间环境中各种干扰因素所导致的微角振动对卫星姿态稳定度和指向精度的影响越来越显著。基于激光陀螺的角位移测量系统作为一种有效的角振动测量手段，对提高指向精度和辅助图像进行几何校正意义非常重大。
3.目前使用的角位移装置为三轴测量系统，内部包含三只正交安装的四频差动激光陀螺，控制电路为单份电路，可靠性较差，无法满足长期使用需求。另外根据四频差动激光陀螺的使用情况，其对交变磁场的干扰较敏感，在轨期间存在的地磁场交变变化会影响系统的测量精度。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种新型四轴星载角位移测量系统及控制方法，其目的在于解决现有的角位移测量系统可靠性较低且易受交变磁场干扰的问题。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案为：
6.本发明提供了一种新型四轴星载角位移测量系统，包括磁屏蔽壳体、设置在所述磁屏蔽壳体内的角位移传感器组件和设置在所述磁屏蔽壳体外部的控制电路。
7.所述角位移传感器组件包括四只四频差动激光陀螺和四组适配电路，四只所述四频差动激光陀螺构成金字塔结构，四只所述四频差动激光陀螺与四组所述适配电路一一对应连接。
8.所述控制电路包括供配电模块、控制处理模块和传感器控制模块，所述供配电模块为所述控制处理模块及传感器控制模块提供电源，所述控制处理模块与所述传感器控制模块相连；所述传感器控制模块通过电缆分别与四组所述适配电路一一连接，组成四组测量链路，四组所述测量链路相互独立，相互备份。
9.进一步，所述磁屏蔽壳体的材质为软磁合金材料，所述磁屏蔽壳体在结构承力处采用实心结构，在结构非承力处采用点阵结构。
10.进一步，所述磁屏蔽壳体采用蜂窝结构设计。
11.进一步，所述适配电路包括电源电路和前放电路。
12.进一步，所述供配电模块和控制处理模块均为双机冷备份设计。
13.进一步，所述传感器控制模块包括四组独立的传感器控制电路，四组所述传感器控制电路与四组所述适配电路一一对应连接，四组所述传感器控制电路为互相备份。
14.一种新型四轴星载角位移测量系统的控制方法，包括以下步骤：
15.s1.角位移测量系统加电；
16.s2.四频差动激光陀螺加电自检，判断四频差动激光陀螺健康状态；如果未发现失
效四频差动激光陀螺，执行s3；否则，剔除失效四频差动激光陀螺，使用剩余三只四频差动激光陀螺，直接执行s4；
17.s3.定期重复对四只四频差动激光陀螺进行性能检测，根据四频差动激光陀螺的性能参数选用性能最好的三只四频差动激光陀螺；
18.s4.确定四频差动激光陀螺组合；
19.s5.获取四频差动激光陀螺输出数据；
20.s6.使用此四频差动激光陀螺组合对应的零位和安装矩阵进行数据转换；
21.s7.得到最终的角位移数据。
22.进一步，所述性能参数包括输出噪声和角速度偏差。
23.本发明所达到的有益效果为：
24.本发明设计四轴测量系统，四个传感器以金字塔结构安装，使传感器之间互相备份，提出了一种新的系统架构，将传感器探头和控制电路分离，使用更加灵活，控制电路能够智能选取适用的传感器组合，提高了系统可靠性。使角位移测量系统可以满足长寿命、高可靠性的使用要求。
25.本发明在角位移传感器中设计了磁屏蔽结构，在结构上进行点阵设计，既提高了系统抗交变磁场干扰的效果，同时又实现了轻小型化设计。
附图说明
26.图1是本发明系统架构图。
27.图2是本发明四轴角位移测量系统的坐标轴示意图。
28.图3是本发明的磁屏蔽结构示意图。
29.图4是本发明控制方法流程图。
具体实施方式
30.为便于本领域的技术人员理解本发明，下面结合附图说明本发明的具体实施方式。
31.本发明提供了一种新型四轴星载角位移测量系统，解决了现有的角位移测量系统可靠性较低且易受交变磁场干扰的问题。有效提高了角位移测量系统的可靠度，提高了系统抗交变磁场干扰的能力，实现了轻小型化设计。
32.如图1～3所示，所述角位移测量系统具体包括磁屏蔽壳体、设置在所述磁屏蔽壳体内的角位移传感器组件和设置在所述磁屏蔽壳体外部的控制电路。大体上，本发明在物理上分成了两个相互独立的产品(角位移传感器组件和控制电路)，两者之间通过电缆连接。以此解决因陀螺的增加和电路规模的扩大，导致测量探头体积重量增加以至安装受限的问题，以达到降低测量探头的体积、重量及增加产品适用性的目的。
33.由于原三轴角位移测量系统中三只四频差动激光陀螺为正交安装，陀螺之间无法互相备份。所以本发明的角位移传感器组件使用四只四频差动激光陀螺，在四轴角位移测量系统中对陀螺的空间安装进行了设计，使四只陀螺中每只陀螺都能作为其余三只陀螺的备份。控制电路加电后根据陀螺状态进行自主判断，智能选取最佳陀螺组合进行使用。
34.具体的，所述角位移传感器组件包括四只四频差动激光陀螺和四组适配电路，四
只所述四频差动激光陀螺与四组所述适配电路一一对应连接，每只陀螺及其适配电路均相互独立，四只所述四频差动激光陀螺构成金字塔结构，使每只陀螺都能在测量坐标系中产生投影，实现了四只陀螺之间互相备份的目的，提高了测量系统的可靠性。
35.进一步，所述适配电路包括电源电路和前放电路，所述电源电路实现陀螺供电及加断电控制，所述前放电路实现陀螺信号的调理和放大。
36.所述控制电路包括供配电模块、控制处理模块和传感器控制模块。所述供配电模块主要功能为将一次电源转换为二次电源供系统内部使用，具备浪涌抑制，过流、限流保护功能；具体来说，所述供配电模块为所述控制处理模块及传感器控制模块提供电源。所述控制处理模块的主要功能为与外部设备进行通信和数据传输，对系统内部进行调度，对陀螺状态进行自主判断和智能选择。所述传感器控制模块包括四组独立的传感器控制电路，四组所述传感器控制电路为互相备份，主要功能为对陀螺进行稳频控制和稳流控制，保证陀螺处于最佳工作状态。
37.所述控制处理模块分别与所述传感器控制模块的四组所述传感器控制电路一一相连，四组所述传感器控制电路与四组所述适配电路一一对应连接，一组所述传感器控制电路、一组所述适配电路以及一只所述四频差动激光陀螺组成一组测量链路，一共四组测量链路，四组所述测量链路相互独立，相互备份。
38.进一步，为了提高系统可靠性，控制电路进行了备份设计，其中所述供电模块和控制处理模块均采用双机冷备设计。通过上述设计，实现了系统内备份设计和故障隔离，提高了系统的可靠性。
39.为了提高系统的抗交变磁场能力，需要设计磁屏蔽结构。如果单纯在陀螺组合外层设计磁屏蔽结构，在保证结构高刚度的前提下，虽然提高了磁屏蔽效果，但其体积和重量均会有显著增加，在使用环境对系统重量及体积的苛刻要求下，不利于产品的应用。
40.基于上述原因，在磁屏蔽结构设计上，没有采用单纯在陀螺外部增加设计屏蔽盒的传统方式，而是将整个设备机壳均采用磁屏蔽材料，形成整体屏蔽效果。所述磁屏蔽壳体的材质为软磁合金材料，所述磁屏蔽壳体在结构承力处采用实心结构，在结构非承力处采用点阵结构，所述磁屏蔽壳体采用蜂窝结构设计。该结构可以在保证刚度满足要求的同时，使结构体积和重量最小化。根据磁屏蔽特性，磁屏蔽的层数越多，磁屏蔽效果越好，点阵中空结构形式相当于设计了两层磁屏蔽，有提高了系统的磁屏蔽效果。
41.如图4所示，一种新型四轴星载角位移测量系统的控制方法，包括以下步骤：
42.s1.角位移测量系统加电；
43.s2.四频差动激光陀螺同时加电，首先对陀螺初始运行参数进行自检，判断四频差动激光陀螺健康状态；如果未发现失效四频差动激光陀螺，则对陀螺进行自标定，执行s3；否则，剔除失效四频差动激光陀螺，使用剩余三只四频差动激光陀螺，直接执行s4；
44.s3.定期重复对四只四频差动激光陀螺进行性能检测，根据四频差动激光陀螺的输出噪声和角速度偏差等性能参数选用性能最好的三只四频差动激光陀螺；
45.s4.确定四频差动激光陀螺组合；
46.s5.获取四频差动激光陀螺输出数据；
47.s6.使用此四频差动激光陀螺组合对应的零位和安装矩阵进行数据转换；
48.s7.得到最终的角位移数据。
49.系统定期对4只四频差动激光陀螺的运行状态及性能状态进行自标定和判断，及时选取最佳陀螺组合。
50.其中，图2所示为本发明中四轴角位移测量系统的坐标轴示意，角位移测量系统的测量坐标系通过结构侧壁的精测基准镜来进行表征。由于角位移测量系统内部有四只陀螺，通过安装矩阵及零位标定，可以分别得到四只陀螺的零位和四种不同组合下的安装矩阵4种组合分别为陀螺1、陀螺2、陀螺3组合，陀螺1、陀螺2、陀螺4组合，陀螺1、陀螺3、陀螺4组合，陀螺2、陀螺3、陀螺4组合。
51.以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。