CN112097795B - 一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法 - Google Patents

一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，在陀螺上电过程中，利用看门狗电路监控陀螺状态；在故障检测过程中，利用看门狗原理实现陀螺故障的高速诊断低速传递，当接口板诊断到高速故障信号时，接口板启动看门狗电路并输出低速故障标志；若看门狗计数器未溢出，则接口板每诊断出一个高速故障信号，看门狗计数器清零，且接口板输出保持低速故障标志；若接口板长时间未接收到高速故障信息导致看门狗计数器溢出，则看门狗计数器清零，且接口板输出无低速故障标志。本发明以四轴陀螺数据更新周期及接口板与星载计算机的通讯周期分别作为看门狗电路的定时脉冲周期和定时阈值，解决了陀螺故障在更新率不同的硬件间传递的故障检测问题。

Description

一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法
技术领域
本发明涉及飞行器姿态测量单元中的故障检测技术领域，尤其涉及一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法。
背景技术
姿态测量控制***是卫星及其遥感载荷的关键部件。光纤陀螺组件以其体积小、低成本、高精度及高可靠性等优势，成为飞行器姿态测量控制***的首选。在空间应用中，光纤陀螺组件出现故障，会引起姿态测量数据失效，从而导致飞行器姿态控制不满足任务要求。因此，提高飞行器的在轨故障处理能力，是光纤陀螺在空间应用中的关键技术。
在空间应用中，光纤陀螺的故障信息需通过接口板上传至星载计算机进行故障处理。由于光纤陀螺的数据更新周期短，接口板与星载计算机的通讯周期长，硬件之间的数据更新率不一致，会出现部分故障信息丢失的问题。目前的故障检测方法，是在接口板中设计更新率调整模块，更新率调整模块将接收到的陀螺数据的更新周期调整至与星载计算机的通讯周期一致，接口板直接输出低速故障信息传递给星载计算机，星载计算机利用更新率调整后的陀螺数据进行故障处理。由于星载计算机使用的不是来自光纤陀螺的原始数据，因此，不能精确跟踪光纤陀螺的高速故障信息。
鉴于此，实现光纤陀螺故障的高速诊断低速传递，成为飞行器故障检测面临的关键技术问题之一。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，用以实现光纤陀螺故障的高速诊断低速传递。
本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，包括如下步骤：
S1：在光纤陀螺上电过程中，看门狗电路监控光纤陀螺每个轴的工作状态，陀螺***进行故障检测；
S2：判断看门狗电路是否在阈值时间内接收到第一“喂狗”信号；若是，则故障检测持续进行，并执行步骤S3；若否，则停止故障检测，接口板输出脉冲信号发送给星载计算机，星载计算机向光纤陀螺发送软件复位命令，光纤陀螺收到软件复位命令后对接口板的复位电路进行复位，返回步骤S1；其中，第一“喂狗”信号是接口板接收到光纤陀螺每个轴的传感模块发送的陀螺数据时生成的数据接收完成标志；此时，看门狗计数器的定时脉冲周期为接口板的时钟周期；
S3：在故障检测过程中，接口板接收到光纤陀螺四个轴的陀螺数据后，判断是否存在高速故障信号；若否，则接口板输出无故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S3；若是，则执行步骤S4；其中，所述高速故障信号为看门狗电路的第二“喂狗”信号；
S4：接口板启动看门狗电路，并输出低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机；
S5：接口板继续接收光纤陀螺四个轴的陀螺数据，并判断是否存在高速故障信号；若是，则看门狗计数器清零，接口板输出保持低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S5；若否，则执行步骤S6；此时，看门狗计数器的定时脉冲周期为光纤陀螺四个轴的陀螺数据的更新周期；
S6：判断看门狗电路是否达到定时阈值；若否，则看门狗计数器加1，接口板输出保持低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S5；若是，则执行步骤S7；其中，看门狗电路的定时阈值为接口板与星载计算机的通讯周期；
S7：退出看门狗电路，接口板输出无低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机。
本发明提供的上述光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，在光纤陀螺上电工作过程中，利用看门狗电路监控光纤陀螺传感模块的运行状态，判断光纤陀螺是否正常工作；在故障检测过程中，利用看门狗原理实现光纤陀螺故障的高速诊断低速传递，当接口板诊断到光纤陀螺的高速故障信号时，接口板启动看门狗电路，同时输出低速故障标志，并将此低速故障传递给星载计算机进行故障处理；若看门狗计数器未溢出(即在看门狗电路的定时阈值T2内正常“喂狗”)，则接口板每诊断出一个高速故障信号，看门狗计数器清零，且接口板输出保持低速故障标志，并将此低速故障传递给星载计算机进行故障处理；若接口板长时间未接收到光纤陀螺高速故障信息导致看门狗计数器溢出(即超出看门狗电路的定时阈值T2未“喂狗”)，则看门狗计数器清零，且接口板输出无低速故障标志。本发明以光纤陀螺四个轴的传感模块的数据更新周期以及接口板与星载计算机的通讯周期分别作为看门狗电路的定时脉冲周期和定时阈值，基于看门狗原理实现了光纤陀螺故障的高速诊断和低速传递，解决了光纤陀螺故障信息在更新率不同的设备之间传递的故障检测问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法中第一个阶段利用看门狗电路监控光纤陀螺传感模块的流程图；
图2为本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法中第二个阶段基于看门狗原理进行故障检测传递的流程图；
图3为本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法中故障检测过程的硬件连接图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，包括如下步骤：
S1：在光纤陀螺上电过程中，看门狗电路监控光纤陀螺每个轴的工作状态，陀螺***进行故障检测；
S2：判断看门狗电路是否在阈值时间内接收到第一“喂狗”信号；若是，则故障检测持续进行，并执行步骤S3；若否，则停止故障检测，接口板输出脉冲信号发送给星载计算机，星载计算机向光纤陀螺发送软件复位命令，光纤陀螺收到软件复位命令后对接口板的复位电路进行复位，返回步骤S1；
其中，第一“喂狗”信号与光纤陀螺各轴的传感模块的工作状态有关，每个轴的传感模块可以为一个FPGA芯片，在FPGA芯片正常工作时，每个轴的传感模块每隔一定时间向接口板传送陀螺数据，接口板接收到每个轴的陀螺数据时，会生成数据接收完成标志，以此作为第一“喂狗”信号，也就是说，第一“喂狗”信号是接口板接收到光纤陀螺每个轴的传感模块发送的陀螺数据时生成的数据接收完成标志；此时，看门狗计数器的定时脉冲周期为接口板的时钟周期；
具体地，上述两个步骤S1和S2，为本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法的第一个阶段，是利用看门狗电路监控光纤陀螺运行状态的阶段，流程图如图1所示；
S3：在故障检测过程中，接口板接收到光纤陀螺四个轴的陀螺数据后，判断是否存在高速故障信号；若否，则接口板输出无故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S3；若是，则执行步骤S4；其中，高速故障信号为看门狗电路的第二“喂狗”信号；
S4：接口板启动看门狗电路，并输出低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机；
具体地，光纤陀螺的数据更新周期快，由此产生的故障信息称为高速故障；接口板的数据更新周期慢，由此产生的故障信息称为低速故障；
S5：接口板继续接收光纤陀螺四个轴的陀螺数据，并判断是否存在高速故障信号；若是，则看门狗计数器清零，接口板输出保持低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S5；若否，则执行步骤S6；此时，看门狗计数器的定时脉冲周期为光纤陀螺四个轴的陀螺数据的更新周期；
S6：判断看门狗电路是否达到定时阈值；若否，则看门狗计数器加1，接口板输出保持低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S5；若是，则执行步骤S7；其中，看门狗电路的定时阈值为接口板与星载计算机的通讯周期；
S7：退出看门狗电路，接口板输出无低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机；
具体地，上述步骤S3～S7，为本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法的第二个阶段，是基于看门狗原理进行故障检测传递阶段，流程图如图2所示。
本发明针对国内光纤陀螺故障检测领域缺少简单实用的故障传递方法的现状，提出一种基于看门狗原理的光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法。在陀螺***上电工作过程中，利用看门狗电路监控光纤陀螺传感模块的运行状态，以判断光纤陀螺是否正常工作；在故障检测过程中，把更新周期短的故障信号作为看门狗电路的输入“喂狗”，通过合理设置看门狗电路的定时阈值，接口板输出的故障信号便可在较长时间内保持，从而可以满足光纤陀螺故障检测的高精度，为星载计算机故障处理提供判断准确依据。
本发明提供的一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，在第一个阶段，利用看门狗电路监控光纤陀螺传感模块的工作状态，判断陀螺***是否进入故障检测过程。在第二个阶段，即故障检测过程中，接口板基于看门狗原理实现光纤陀螺故障的高速诊断低速传递，通过CAN总线将故障信息上传至星载计算机进行故障处理，从而可以在数据更新率不同的硬件设备之间进行故障信息传递，实现对光纤陀螺故障的高精度检测。看门狗电路的定时脉冲周期为光纤陀螺四个轴的传感模块的数据更新周期T1，看门狗电路的定时阈值为接口板与星载计算机的通讯周期T2(T2>T1)，来自于光纤陀螺四个轴的传感模块的持续时间为T1的高速故障信号作为看门狗电路的第二“喂狗”信号，在看门狗电路的定时阈值T2内，只要一直有高速故障信号“喂狗”，便可使接口板一直保持输出低速故障标志；若超过看门狗电路的定时阈值T2没有高速故障信号“喂狗”，则接口板输出的低速故障标志消失。因此，一旦出现持续时长为T1的高速故障，经过看门狗计数器，便可以使得接口板输出至少维持T2时长的低速故障，从而可以保证每个诊断出的高速故障可以低速传递到星载计算机进行故障处理。这种故障传递方法，可以确保每个故障信号都能被检测到，从而可以保证故障检测的精确性，进而可以提高光纤陀螺在空间应用中的可靠性，延长其寿命。
以图3所示的硬件框架为例，陀螺***上电后，在光纤陀螺的工作状态为正常时，进行陀螺故障检测，此时，接口板输入光纤陀螺传感模块的高速故障信号，接口板基于看门狗原理对高速故障信号进行处理后，输出低速故障信号，最后通过CAN总线将该低速故障信号传递给星载计算机进行故障处理。
光纤陀螺故障检测模型的硬件设备包括光纤陀螺传感模块、接口板以及星载计算机。下面分别对这三部分进行详细说明。
光纤陀螺传感模块，是一种可编程逻辑器件。以FPGA芯片为例，传感模块完成对陀螺数据的处理，并按约定的通信协议把温度、光功率、角速度等信息上传至接口板，光纤陀螺传感模块的数据更新周期为T1。
接口板，是一种可编程逻辑器件。以FPGA芯片为例，接口板不仅具备故障诊断能力，还可以基于看门狗原理进行故障传递。接口板每完成一次四轴陀螺数据接收，便生成一个脉冲信号，此脉冲信号作为看门狗电路的计数脉冲；当光纤陀螺传感模块与接口板之间出现通信故障时，此高速故障作为看门狗电路的第二“喂狗”信号；看门狗电路的定时阈值为接口板与星载计算机的通讯周期T2；只要在看门狗的定时阈值内正常“喂狗”，接口板便一直保持输出低速故障，如果超过看门狗电路的定时阈值没有及时“喂狗”，则看门狗电路的输出电平由故障标志跳变为正常标志。看门狗电路的低速故障输出，即为接口板的低速故障输出，由此便可以实现低速故障传递给星载计算机。
星载计算机，根据接收到的来自接口板的故障类型，进行故障处理，并把相应的命令信号通过CAN通讯协议发送给接口板。
本发明提供的上述光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，在光纤陀螺上电工作过程中，利用看门狗电路监控光纤陀螺传感模块的运行状态，判断光纤陀螺是否正常工作；在故障检测过程中，利用看门狗原理实现光纤陀螺故障的高速诊断低速传递，当接口板诊断到光纤陀螺的高速故障信号时，接口板启动看门狗电路，同时输出低速故障标志，并将此低速故障传递给星载计算机进行故障处理；若看门狗计数器未溢出(即在看门狗电路的定时阈值T2内正常“喂狗”)，则接口板每诊断出一个高速故障信号，看门狗计数器清零，且接口板输出保持低速故障标志，并将此低速故障传递给星载计算机进行故障处理；若接口板长时间未接收到光纤陀螺高速故障信息导致看门狗计数器溢出(即超出看门狗电路的定时阈值T2未“喂狗”)，则看门狗计数器清零，且接口板输出无低速故障标志。本发明以光纤陀螺四个轴的传感模块的数据更新周期以及接口板与星载计算机的通讯周期分别作为看门狗电路的定时脉冲周期和定时阈值，基于看门狗原理实现了光纤陀螺故障的高速诊断和低速传递，解决了光纤陀螺故障信息在更新率不同的设备之间传递的故障检测问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种光纤陀螺故障高速诊断低速传递的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在光纤陀螺上电过程中，看门狗电路监控光纤陀螺每个轴的工作状态，陀螺***进行故障检测；
S2：判断看门狗电路是否在阈值时间内接收到第一“喂狗”信号；若是，则故障检测持续进行，并执行步骤S3；若否，则停止故障检测，接口板输出脉冲信号发送给星载计算机，星载计算机向光纤陀螺发送软件复位命令，光纤陀螺收到软件复位命令后对接口板的复位电路进行复位，返回步骤S1；其中，第一“喂狗”信号是接口板接收到光纤陀螺每个轴的传感模块发送的陀螺数据时生成的数据接收完成标志；此时，看门狗计数器的定时脉冲周期为接口板的时钟周期；
S3：在故障检测过程中，接口板接收到光纤陀螺四个轴的陀螺数据后，判断是否存在高速故障信号；若否，则接口板输出无故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S3；若是，则执行步骤S4；其中，所述高速故障信号为看门狗电路的第二“喂狗”信号；
S4：接口板启动看门狗电路，并输出低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机；
S5：接口板继续接收光纤陀螺四个轴的陀螺数据，并判断是否存在高速故障信号；若是，则看门狗计数器清零，接口板输出保持低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S5；若否，则执行步骤S6；此时，看门狗计数器的定时脉冲周期为光纤陀螺四个轴的陀螺数据的更新周期；
S6：判断看门狗电路是否达到定时阈值；若否，则看门狗计数器加1，接口板输出保持低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机，返回步骤S5；若是，则执行步骤S7；其中，看门狗电路的定时阈值为接口板与星载计算机的通讯周期；
S7：退出看门狗电路，接口板输出无低速故障标志，通过CAN总线传递给星载计算机；
其中，光纤陀螺的数据更新周期快，由此产生的故障信息称为高速故障；接口板的数据更新周期慢，由此产生的故障信息称为低速故障。
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