CN106643469A - 感应同步器误差校准的在轨综合补偿实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种感应同步器误差校准的在轨综合补偿实现方法，通过获取感应同步器的技术参数生成对应的误差综合补偿算法，从而对陀螺输出数据进行校正，并根据校正后的位置数据计算校正系数并得到补偿系数表；最后将补偿系数表输入到星上控制模块，从而获得高精度的角度参量。本发明能够显著降低卫星感应同步器的硬件要求，从软件层面提高其测量精度，具有意义明确，形式简单，计算量小的特点，可以满足卫星在轨运行时对角度参量高精度测量的要求。

Description

感应同步器误差校准的在轨综合补偿实现方法
技术领域
本发明涉及的是一种卫星检测仪器领域的技术，具体是一种感应同步器误差校准的在轨综合补偿实现方法。
背景技术
感应同步器测角***是一种采用电磁感应原理的角度测量设备，高精度的感应同步器测角***输出的位置和速度信号可以提高伺服***的控制精度。感应同步器的测量精度主要取决于感应同步器的精度、信号放大与转换模块的精度。为了提高测角***的测量精度，采取对测量误差进行补偿。硬件补偿存在一定的局限性，采用软件补偿成为提高测角***的精度的主要手段。针对目前对感应同步器的精度的需求，提出新的感应同步器误差的处理方法是十分必要的
发明内容
本发明针对现有技术必须依赖外部硬件才能实现补偿的不足，提出一种感应同步器误差校准的在轨综合补偿实现方法，能够显著降低卫星感应同步器的硬件要求，从软件层面提高其测量精度，具有意义明确，形式简单，计算量小的特点，可以满足卫星在轨运行时对角度参量高精度测量的要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过获取感应同步器的技术参数生成对应的误差综合补偿算法，从而对陀螺输出数据进行校正，并根据校正后的位置数据计算校正系数并得到补偿系数表；最后将补偿系数表输入到星上控制模块，从而获得高精度的角度参量。
所述的感应同步器的技术参数包括：感应同步周期：2deg；电机为三环控制：电流环4KHz，速度环800Hz，位置环200KHz；数据采样频率2KHz。
所述的获取是指：自设定感应同步器周期和电机控制环转动速率以及自设定数据采样频率。
所述的误差综合补偿算法，通过以下方式确定得到：
1)确定补偿算法参数，即感应同步器周期Ξpfb＝2deg和扫描运动角速度ωscan，单位deg/s；
2)确定误差补偿算法的输入和输出，其中的输入是指：规划的角位置数据θpcm，单位码字，数据输入频率2000Hz；感应同步器测量的角位置数据θpfb，单位码字，数据输入频率2000Hz；输出是指：测量误差补偿数据单位μrad，数据输出频率200Hz；或者补偿后的感应同步器测量数据单位deg，数据输出频率200Hz。
3)设计算法流程，即基于控制误差角速度序列平滑的低通滤波，然后依次补偿固定偏差、线性偏差、补偿基准误差和谐调误差，最后根据得到的结果来判断是否进一步补偿特定频率误差。
4)推导算法计算公式，通过固定偏差和线性偏差补偿、基准误差和谐调误差补偿以及特殊频率误差补偿得到总补偿角，具体为：其中：固定偏差和线性偏差补偿(单位为μrad)基准误差和谐调误差补偿(单位为μrad)特殊频率误差补偿(单位为μrad)a、b为补偿系数，ai误差补偿系数，ci为特殊频率误差补偿系数，Δt为相对于正向(或负向)扫描起始时刻的时间差，ω0＝2πf0,f0＝Ξpfb/ωscan，为计算所得补偿相位，基准频率和谐调频率系数Ni为N1＝0.5,N2＝1,N3＝2,N4＝4，频率系数Mi为M1＝1.1,M2＝2.2。
所述的陀螺输出数据包括陀螺零位和比例因子；
所述的校正，通过实验获得陀螺输出数据，根据陀螺零位和比例因子，通过误差综合补偿算法对陀螺输出数据进行陀螺校正，并对校正后的陀螺数据进行积分，得到校正后的位置数据。
所述的补偿系数表，通过以下方式得到：
a)从感应同步器测量获得三组原始数据，计算该三组数据平均值；
b)以开始扫描时刻为基准，进行数据重叠平均；
c)对陀螺测量的三组数据依次进行平滑滤波处理和补偿，并计算感应同步器误差修正后的残差；
d)根据最小二乘法得到补偿系数表。
所述的数据重叠平均，具体采用平均值法实现。
所述的平滑滤波处理，具体采用低通滤波实现。
所述的残差，即通过差值法得到最终的残差。
技术效果
与现有技术相比，本发明的技术效果包括不依赖于外部硬件设施，仅从软件层面上推导算法，在星上控制模块上应用误差补偿精度来提高其测量精度，采用在线方式，可满足卫星在轨运行时刻对角度参量高精度测量的需求。
附图说明
图1为感应同步器测量数据示意图；
图2为陀螺测量数据示意图；
图3为感应同步器测量均值示意图；
图4为陀螺测量均值示意图；
图5为正向扫描重叠均值示意图；
图6为负向扫描重叠均值示意图；
图7为正向扫描补偿示意图；
图8为负向扫描补偿示意图；
图9为正向扫描残差示意图；
图10为负向扫描残差示意图。
具体实施方式
本实施例包括以下三个阶段：
第一阶段：试验验证10deg/s和2.5deg/s的补偿系数和补偿精度；
第二阶段：试验获取(10±0.5，10±1)deg/s、(2.5±0.5，10±1)deg/s的补偿系数，并确定补偿系数的内插函数；
第三阶段：模拟在轨扫描情况，验证在轨综合补偿方法(补偿+控制偏差低通滤波)。
下面以设定扫描速度为2.5deg/s的算例来具体说明：
设定扫描运动周期：T0＝2.9455s，f0＝0.3395Hz
原始测量数据共有三组感应同步器测量数据和三组陀螺测量数据，具体数据分别为图2所示和图2所示。
三组数据接近，计算平均值，具体数据分别为图3和图4所示。
以开始扫描时刻为基准，进行数据重叠平均，具体数据为图5所示，图示a和b分别为正向扫描和负向扫描重叠均值。
序列平滑滤波，具体数据为图6所示，图示a和b分别为正向扫描序列和负向扫描序列平滑。
为图7和图8所示，分别为正向扫描补偿和负向扫描补偿。为图9和图10所示，分别为正向扫描残差和负向扫描残差。
综上可见，残差的正向扫描和负向扫描的频谱结构也非常一致。
扫描速度2.5deg/s补偿系数表如下所示：
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种感应同步器误差校准的在轨综合补偿实现方法，其特征在于，通过获取感应同步器的技术参数生成对应的误差综合补偿算法，从而对陀螺输出数据进行校正，并根据校正后的位置数据计算校正系数并得到补偿系数表；最后将补偿系数表输入到星上控制模块，从而获得高精度的角度参量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的感应同步器的技术参数包括：感应同步周期：2deg；电机为三环控制：电流环4KHz，速度环800Hz，位置环200KHz；数据采样频率2KHz。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的获取是指：自设定感应同步器周期和电机控制环转动速率以及自设定数据采样频率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的误差综合补偿算法，通过以下方式确定得到：
1)确定补偿算法参数，即感应同步器周期和扫描运动角速度；
2)确定误差补偿算法的输入和输出，其中的输入是指：规划的角位置数据θpcm，单位码字，数据输入频率2000Hz；感应同步器测量的角位置数据θpfb，单位码字，数据输入频率2000Hz；输出是指：测量误差补偿数据单位μrad，数据输出频率200Hz；或者补偿后的感应同步器测量数据单位deg，数据输出频率200Hz；
3)设计算法流程，即基于控制误差角速度序列平滑的低通滤波，然后依次补偿固定偏差、线性偏差、补偿基准误差和谐调误差，最后根据得到的结果来判断是否进一步补偿特定频率误差；
4)通过固定偏差和线性偏差补偿、基准误差和谐调误差补偿以及特殊频率误差补偿得到总补偿角，具体为：其中：固定偏差和线性偏差补偿(单位为μrad)基准误差和谐调误差补偿(单位为μrad)特殊频率误差补偿(单位为μrad)a、b为补偿系数，ai误差补偿系数，ci为特殊频率误差补偿系数，Δt为相对于正向(或负向)扫描起始时刻的时间差，ω0＝2πf0,f0＝Ξpfb/ωscan，为计算所得补偿相位，基准频率和谐调频率系数Ni为N1＝0.5,N2＝1,N3＝2,N4＝4，频率系数Mi为M1＝1.1,M2＝2.2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的陀螺输出数据包括陀螺零位和比例因子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的校正，通过实验获得陀螺输出数据，根据陀螺零位和比例因子，通过误差综合补偿算法对陀螺输出数据进行陀螺校正，并对校正后的陀螺数据进行积分，得到校正后的位置数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的补偿系数表，通过以下方式得到：
a)从感应同步器测量获得三组原始数据，计算该三组数据平均值；
b)以开始扫描时刻为基准，进行数据重叠平均；
c)对陀螺测量的三组数据依次进行平滑滤波处理和补偿，并计算感应同步器误差修正后的残差；
d)根据最小二乘法得到补偿系数表。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的数据重叠平均，具体采用平均值法实现。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的平滑滤波处理，具体采用低通滤波实现。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的残差，即通过差值法得到最终的残差。
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