[发明专利]一种微机械陀螺(MEMS)在深空探测中的使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机械陀螺(MEMS)在深空探测中的使用方法，为满足深空探测器对姿控系统单机重量、体积、功耗的要求，在国内深空探测中首次使用石英微机械陀螺作为角速度测量器件。微机械陀螺零位随温度发生变化(温漂)、随时间发生变化(年漂)，研制了相关在轨补偿算法，满足深空探测器姿控系统的使用要求。

背景技术

国内研制火星探测器，在执行火星探测任务时，需要进行速率阻尼、捕获太阳和初始姿态建立等。火星探测器对整星质量有严格要求，需要在设计阶段优化单机配置，石英微机械陀螺作为一种新型惯性测量元件，与传统机电类陀螺和光电类陀螺相比，具有外形尺寸小、重量轻、功耗低、启动快、成本低、抗高冲击性强、可靠性高和易于数字化，同时具有谐振频率和品质因子高等优点。但是微机械陀螺尚未在深空探测用应用，因此，需要提出一种微机械陀螺在深空探测中的使用方法。

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微机械陀螺(MEMS)在深空探测中的使用方法，为满足深空探测姿控系统的使用要求，需要考虑微机械陀螺的年漂、温漂等因素，采用温漂在轨修正、结合星敏感器测量信息设计卡尔曼滤波器，实时准确修正石英微机械陀螺的零位。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现的，一种微机械陀螺(MEMS)在深空探测中的使用方法，其具体包括如下步骤：

1.在微机械陀螺装星前，首先进行零位的高低温标定试验；

2.根据高低温标定试验数据拟合系数，给出微机械陀螺温漂在轨补偿算法；

3.利用星敏感器的测量值实时修正陀螺零位变化，计算陀螺角速率。

所述的高低温标定试验，将陀螺放于带有转台的温控箱内，设定温度范围为-30℃-45℃，温控转台温度稳定性±3℃，温度变化的速率不小于1℃/min，保温3小时后，测量5分钟的信号输出和热敏电阻输出并保存。

本发明采用的方法与现有技术相比，其优点和有益效果是：

该发明的使用方法，为深空探测任务以及地球微小卫星可以采用石英微机械陀螺，以满足整星对尺寸、重量、功耗的要求。

附图说明

以下将结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的零位标定试验框图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的零位标定试验框图。在深空探测中使用微机械陀螺，首先需要进行陀螺零位的高低温标定试验，连接标定试验设备，将陀螺安装于工装上并放于带有转台的温控箱内，使陀螺敏感轴呈东西方向放置。当温控箱至设定的每个温度点并保温3小时后，测量一组不少于5分钟的信号输出和热敏电阻输出并保存。6个温度点为一个循环，整个试验4个循环。温控转台温度稳定性：±3℃，温度变化的速率不小于1℃/min。在包含工作温度范围内取6个温度点进行测试，每个温度点保温2小时，取最后20分钟陀螺测量输出平均值作为该温度点的零位输出。6个温度点分别为-30℃、-10℃、0℃、10℃、30℃、45℃。

通过高低温标定试验，得到了陀螺零位初值，以及高低温零位拟合数据，采用二阶曲线拟合标定算法：

B＝a*V_t²+b*V_t+c

B为温漂拟合陀螺零位(°/s)；

Vt为陀螺热敏电阻采样电压值(V)；

a、b、c为根据高低温标定试验数据得到的拟合系数。

设计卡尔曼滤波器，利用星敏感器的测量值实时修正陀螺零位变化，具体步骤如下

1.利用扣除零漂和估值漂移的惯性角速度构建四元数