CN114413886B - 一种星载加速度计组合零位补偿方法 - Google Patents

一种星载加速度计组合零位补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种星载加速度计组合零位补偿方法，所述加速度计组合包括多个加速度计，每个所述加速度计对应一个零位调整单元，每个所述零位调整单元由多个调试电阻组成，其特征在于，包括：步骤S1、根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0；步骤S2、通过地面标定试验分别拟合出每个加速计的精调零位Z(x)；步骤S3、根据每个加速度计拟合精调零位，对相应的零位调整单元进行配置，得到各个零位调整单元内对应的各个调试电阻的配置参数axy；步骤S4、根据粗调零位Z0和配置参数axy，通过加速度计零位补偿算法获得各个加速度计零位补偿值。本发明提供的补偿方法具有计算简单，工程实现容易且造价成本低的优点。

Description

一种星载加速度计组合零位补偿方法
技术领域
本发明属于惯性测量领域，特别涉及一种星载加速度计组合零位补偿方法。
背景技术
星载加速度计组合是卫星上一个独立的单机，用于星上的姿态敏感***，开机后可以测量本体的加速度通过各种测量原理转化为电信号的传感器装置，并提供给上级***，为卫星和空间飞行器提高轨道控制、编队控制、跟踪瞄准等机动提供更好的姿态信息，不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量，具有高度的自主性、隐蔽性。星载加速度计组合是利用惯性原理实现控制加速度的实时测量。星载加速度计组合具有高精度、长寿命和高分辨率等特点，尤其是高稳定性，需要长时间在空间环境运行。
星载加速度计组合的零位是敏感轴测量的基准，它的稳定性直接关系到角速度测量的精度，进而直接影响姿态控制的精度，是卫星正常工作的核心器件。星载加速度计组合作为姿轨控分***单机，为了降低加速度计个体差异造成的零位影响，目前国内外多采用姿轨控分***零位补偿或者加速度计配置PROM参数补偿等方式，这两种方式均可以有效地对加速度计的零位进行补偿，但是前者对分***软件提出了更高的要求，增加了分***软件的复杂性，且不利于星载加速度计组合的推广；后者则大大增加了单机成本，对高等级的PROM芯片的供货渠道和周期提出了更高的要求，不利于星载加速度计组合市场化。此外，还可将零位补偿值直接固化在星载加速度计组合程序中，用于修正每一路加速度计的零位，分***软件的复杂性和星载加速度计组合硬件成本没有增加，但是软件管理复杂度大大增加了，不利于产品的生产和管理。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种星载加速度计组合零位补偿方法，以降低软件管理的复杂程度和减少造价。
为实现上述目的，本发明提供一种星载加速度计组合零位补偿方法，所述加速度计组合包括m个加速度计，每个所述加速度计对应一个零位调整单元，每个所述零位调整单元由n个调试电阻组成，其特征在于，包括：步骤S1、根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0；步骤S2、通过地面标定试验分别拟合出每个加速度计的精调零位Z(x)，其中x为加速度计组合中的加速度计的序号；步骤S3、根据每个加速度计拟合精调零位，对相应的零位调整单元进行配置，得到各个零位调整单元内对应的各个调试电阻的配置参数axy，其中y为各个零位调整单元中的调试电阻的序号；步骤S4、根据粗调零位Z0和配置参数axy，通过加速度计零位补偿算法获得各个加速度计零位补偿值。
优选地，步骤S1所述的根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0具体为：姿轨控分***在一个限定脉冲范围内获得m个加速度计中任一个加速度计的输出，所述加速度计粗调零位Z0等于限定脉冲范围上限对应的加速度计的输出值和限定脉冲范围下限对应的加速度计的输出值的平均值。
优选地，所述加速度计粗调零位Z0对加速度计组合中的每个加速度计均适用。
优选地，步骤S2所述的地面标定试验具体包括如下步骤：步骤a、将加速度计组合组装在试验单机上；步骤b、将组装有加速度计组合的试验单机静置于常温常压环境中；步骤c、试验单机给加速度计组合供电并运行一定时间后，输出加速度计组合中的每个加速度计的测量值，并作为对应加速度计的精调零位Z(x)。
优选地，步骤S4中所述的加速度计零位补偿算法包括如下公式：
式中，Zx为加速度计零位补偿值，Z0为加速度计的粗调零位，fx(y)为各个零位调整单元中的各个调试电阻的零位调整基数，该零位调整基数值固化在星载加速度计组合数据处理芯片内。
优选地，所述零位调整基数f(y)为一序列数值，其根据对应的各个加速度计的精调零位Z(x)设置。
优选地，步骤S3中所述的配置参数axy根据硬件调节可设置为0或1，使等于对应加速度计的精调零位Z(x)。
优选地，若星载加速度计的增量积分时间t与测量零位补偿值的测量时间T不一致，还包含：根据每一个加速度计的零位补偿值推算积分时间t内的零位补偿值，其计算公式如下：
Zxt＝(Zx/T)×t，
式中，Zx为加速度计的零位补偿值；T为归一化常数，其等于零位补偿值的测量时间；t为加速度计增量积分时间；Zxt为增量积分时间内加速度计的零位补偿值。
优选地，根据积分时间t内的零位补偿值计算公式设计的计算积分时间t内的零位补偿值的软件流程包括如下步骤：步骤1、将加速度计x的零位补偿值Zx赋值给补偿零位Z；步骤2、将补偿零位Z归一化，δ＝Z/T；步骤3、计算积分时间t内零位补偿值Zt，Zt＝t×δ；步骤4、将加速度计x积分时间内零位补偿值Zt作为加速度计x+1的零位补偿值Zx+1；步骤5、将步骤S4中的零位补偿值Zx+1赋值给补偿零位Z，返回步骤2；重复步骤2～步骤5直至完成所有加速度计的积分时间内零位补偿值的计算。
综上所述，与现有技术相比，本发明采用软硬件结合的方式，针对星载加速度计组合随个体差异造成的零位不一致的特性，通过姿轨控分***给出的粗调零位和地面标定试验拟合出的加速度计精调零位，给出星载加速度计组合零位补偿算法。该补偿方法计算简单，工程实现容易且造价成本低。
附图说明
图1为本发明的星载加速度计组合零位补偿方法的硬件配置图；
图2为本发明的星载加速度计组合零位补偿方法的方法流程图。
具体实施方式
以下将结合本发明实施例中的附图1～附图2，对本发明实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种星载加速度计组合零位补偿方法，如图1所示，所述加速度计组合包括m个加速度计，每个所述加速度计对应一个零位调整单元(即共有m个零位调整单元)，每个所述零位调整单元由n个调试电阻组成；该零位补偿方法包括：步骤S1、根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0；步骤S2、通过地面标定试验分别拟合出每个加速度计的精调零位Z(x)，其中x为加速度计组合中的加速度计的序号，x＝1，2，…，m；步骤S3、根据每个加速度计拟合的精调零位，对相应的零位调整单元进行配置，得到各个零位调整单元内对应的各个调试电阻的配置参数axy，其中y为各个零位调整单元中的调试电阻的序号，y＝1，2，…，n；步骤S4、根据粗调零位Z0和配置参数axy，通过加速度计零位补偿算法获得各个加速度计零位补偿值。
其中，步骤S1根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0具体为：姿轨控分***在一个限定脉冲范围内获得m个加速度计中任一个加速度计的输出，所述加速度计粗调零位Z0等于限定脉冲范围上限对应的加速度计的输出值和限定脉冲范围下限对应的加速度计的输出值的平均值。所述加速度计粗调零位Z0对加速度计组合中的每个加速度计均适用。
其中，步骤S2所述的地面标定试验具体包括如下步骤：步骤a、将加速度计组合组装在试验单机上；步骤b、将组装有加速度计组合的试验单机静置于常温常压环境中，温度稳定性维持±3℃；步骤c、试验单机给加速度计组合供电并运行一定时间后(本实施例中运行时间为5分钟)，输出加速度计组合中的每个加速度计的测量值，并作为对应加速度计的精调零位Z(x)。
其中，步骤S4中所述的加速度计零位补偿算法包括如下公式：
上式中，Zx为加速度计零位补偿值，Z0为加速度计的粗调零位，fx(y)为各个零位调整单元中的各个调试电阻的零位调整基数，该零位调整基数值固化在星载加速度计组合数据处理芯片内。其中，所述零位调整基数fx(y)为一序列数值，其根据对应的各个加速度计的精调零位Z(x)设置。
进一步地，如图1所示，步骤S3中所述的配置参数axy根据硬件调节可设置为0或1，使等于对应加速度计的精调零位Z(x)。
需要说明的是，调节配置参数axy，相当于控制各个调试电阻的导通或断开，进而调控加速度计的零位补偿；具体地，当配置参数axy＝0时，对应的调试电阻断开；当配置参数axy＝1时，对应的调试电阻导通；因此使与不同加速度计的精调零位Z(x)的值一一对应。
若星载加速度计的增量积分时间t与测量零位补偿值的测量时间T不一致，则需要根据每一个加速度计的零位补偿值推算积分时间t内的零位补偿值，其计算公式如下：
Zxt＝(Zx/T)×t
上式中，Zx为加速度计的零位补偿值；T为归一化常数，即为零位补偿值的测量时间；t为加速度计增量积分时间；Zxt为增量积分时间内加速度计的零位补偿值。
进一步地，如图2所示，根据积分时间t内的零位补偿值计算公式设计的计算积分时间t内的零位补偿值的软件流程包括如下步骤：步骤1、将加速度计x的零位补偿值Zx赋值给补偿零位Z；步骤2、将补偿零位Z归一化，δ＝Z/T；步骤3、计算积分时间t内零位补偿值Zt，Zt＝t×δ；步骤4、将加速度计x积分时间内零位补偿值Zt作为加速度计x+1的零位补偿值Zx+1；步骤5、将步骤S4中的零位补偿值Zx+1赋值给补偿零位Z，返回步骤2；重复步骤2～步骤5直至完成m个加速度计的积分时间内零位补偿值的计算。
综上所述，与现有技术相比，本发明所提供的星载加速度计组合零位补偿方法具有补偿方法计算简单、实用性强、成本低等优势。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种星载加速度计组合零位补偿方法，所述加速度计组合包括m个加速度计，每个所述加速度计对应一个零位调整单元，每个所述零位调整单元由n个调试电阻组成，其特征在于，包括：
步骤S1、根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0；
步骤S2、通过地面标定试验分别拟合出每个加速度计的精调零位Z(x)，其中x为加速度计组合中的加速度计的序号；
步骤S3、根据每个加速度计拟合精调零位，对相应的零位调整单元进行配置，得到各个零位调整单元内对应的各个调试电阻的配置参数axy，其中y为各个零位调整单元中的调试电阻的序号；
步骤S4、根据粗调零位Z0和配置参数axy，通过加速度计零位补偿算法获得各个加速度计零位补偿值；所述加速度计零位补偿算法包括如下公式：
式中，Zx为加速度计零位补偿值，Z0为加速度计的粗调零位，fx(y)为各个零位调整单元中的各个调试电阻的零位调整基数，该零位调整基数值固化在星载加速度计组合数据处理芯片内；
其中，所述零位调整基数fx(y)为一序列数值，其根据对应的各个加速度计的精调零位Z(x)设置。
2.如权利要求1所述的星载加速度计组合零位补偿方法，其特征在于，步骤S1所述的根据姿轨控分***获得加速度计粗调零位Z0具体为：姿轨控分***在一个限定脉冲范围内获得m个加速度计中任一个加速度计的输出，所述加速度计粗调零位Z0等于限定脉冲范围上限对应的加速度计的输出值和限定脉冲范围下限对应的加速度计的输出值的平均值。
3.如权利要求2所述的星载加速度计组合零位补偿方法，其特征在于，所述加速度计粗调零位Z0对加速度计组合中的每个加速度计均适用。
4.如权利要求3所述的星载加速度计组合零位补偿方法，其特征在于，步骤S2所述的地面标定试验具体包括如下步骤：
步骤a、将加速度计组合组装在试验单机上；
步骤b、将组装有加速度计组合的试验单机静置于常温常压环境中；
步骤c、试验单机给加速度计组合供电并运行一定时间后，输出加速度计组合中的每个加速度计的测量值，并作为对应加速度计的精调零位Z(x)。
5.如权利要求1所述的星载加速度计组合零位补偿方法，其特征在于，步骤S3中所述的配置参数axy根据硬件调节可设置为0或1，使等于对应加速度计的精调零位Z(x)。
6.如权利要求5所述的星载加速度计组合零位补偿方法，其特征在于，若星载加速度计的增量积分时间t与测量零位补偿值的测量时间T不一致，还包含：根据每一个加速度计的零位补偿值推算积分时间t内的零位补偿值，其计算公式如下：
Zxt＝(ZxT)×t
式中，Zx为加速度计的零位补偿值；T为归一化常数，其等于零位补偿值的测量时间；t为加速度计增量积分时间；Zxt为增量积分时间内加速度计的零位补偿值。
7.如权利要求6所述的星载加速度计组合零位补偿方法，其特征在于，根据积分时间t内的零位补偿值计算公式设计的计算积分时间t内的零位补偿值的软件流程包括如下步骤：
步骤1、将加速度计x的零位补偿值Zx赋值给补偿零位Z；
步骤2、将补偿零位Z归一化，δ＝Z/T；
步骤3、计算积分时间t内零位补偿值Zt，Zt＝t×δ；
步骤4、将加速度计x积分时间内零位补偿值Zt作为加速度计x+1的零位补偿值Zx+1；
步骤5、将步骤S4中的零位补偿值Zx+1赋值给补偿零位Z，返回步骤2；
重复步骤2～步骤5直至完成所有加速度计的积分时间内零位补偿值的计算。
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Navigation grade MEMS IMU for a satellite;Zhao, W., Cheng, Y., Zhao, S., Hu, X., Rong, Y., Duan, J., & Chen, J;《Micromachines》;第12卷(第2期);1-4 *
一种高精度MEMS陀螺仪g值敏感系数误差的标定方法;周彬;赵万良;石然;马吉雨;付伟平;;《导航与控制》(第05期);81-85 *
半球谐振陀螺组合零偏稳定性提升技术研究;齐轶楠;赵辉;赵万良;张强;;《导航定位与授时》;第2卷(第06期);64-67 *
基于Kalman滤波和六位置法的加速度计标定补偿;刘宇;季廷洪;向高林;张欣;龚爽;宁莉莎;;《压电与声光》;第38卷(第01期);94-96 *
捷联惯导***中加速度计的时延补偿研究;张强等;《宇航学报》;第34卷(第12期);1579-1582 *

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