[发明专利]一种利用光纤陀螺测量卫星结构微角振动方法

说明书

本发明提供了一种利用光纤陀螺测量卫星结构微角振动方法，包括步骤：光纤陀螺的安装布局、光纤陀螺多路数据输出、数据预处理和角振动特性解算四个部分，其中数据预处理包括标度因数标定、角度增量积分、补偿陀螺常值漂移和地球旋转角速度、角度坐标转换。本发明能够准确测量卫星结构微小角振动特性，可以为增强卫星的抗振性设计、提高有效载荷指向精度和稳定度提供数据支撑，可用于卫星结构角振动特性的地面测试以及在轨实时测量领域。

技术领域

本发明涉及惯性测量、结构力学、信号处理的领域，特别涉及一种利用光纤陀螺测量卫星结构微角振动方法。结果可用于卫星结构角振动特性的地面测试以及在轨实时测量领域。

背景技术

高分辨率遥感卫星是空间技术发展的一个重要方向，具有十分重要的商业价值与军事意义，是近年来各国竞相发展的高技术领域。对地观测卫星地面分辨率不断提高，随之有效载荷对指向稳定度的要求越来越高，对星载活动部件的运动所引起的微振动越来越敏感。微振动是航天器在轨运行期间，飞轮或控制力矩陀螺、太阳翼驱动机构、推力器开关、推进剂晃动、相机摆镜摆动等部件运动造成的。微振动幅值小、频谱宽，其加速度量级在1×10^-6g～1×10^-2g(g为重力加速度)，对应的位移在微米量级，频率范围从0.01Hz到几千Hz。

微振动分为线振动和角振动两类。测量角振动的传感器种类少，主要有：(1)基于光学平台的激光测量仪表；(2)微振动角速度传感器。其中前者精度较高，但系统组成复杂，结构较大，不适合在卫星上使用；后者具有体积小、质量轻、精度高等特点，但造价比较昂贵，研制难度大。当前，大多是利用多个线加速度传感器组合测量角振动。这样，一方面多个线振动传感器间接解算三轴角振动必然引入多个误差源，精度受限，且解算方法复杂；另一方面，线振动间接测量角振动，传感器数量较多，安装调试不方便，若实现在轨测量角振动，重量、功耗和空间也是限制因素。

光纤陀螺具有高动态、高灵敏度、轻小型、环境适应性强等特点，不但能作为角速度测量仪表应用在飞船、卫星和导弹等控制系统中，还可实现宽频角振动测量。目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

为实现卫星结构微角振动测量，本发明的目的在于提出一种利用光纤陀螺测量卫星结构微角振动方法，利用本发明，可在节省星上资源的同时，实现卫星结构微角振动测量。利用该方法，卫星结构角振动频率测量误差在0.1％以内，幅值测量误差在10％以内，可以为增强卫星的抗振性设计、提高有效载荷指向精度和稳定度提供数据支撑。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用光纤陀螺测量卫星结构微角振动方法，该方法包括：

1、光纤陀螺星上安装布局；

光纤陀螺与被测结构体安装在同一个安装板上，并安装在安装板的中心位置。

2、光纤陀螺多路数据输出；

一路光纤陀螺原始测量数据经过数字滤波器滤波后，将角度增量数据送控制计算机用于姿态控制；

另一路光纤陀螺原始测量数据经过高频率采样送振动信息采集单元，并将高频角度增量数据进行存储。

3、光纤陀螺数据预处理；

将存储的高频角度增量数据，经标度因数校正、角度增量积分、光纤陀螺角速度补偿、角度坐标转换等步骤实现光纤陀螺数据预处理，具体包括：

(1)、利用光纤陀螺三个通道的标度因数分别标定各个通道的输出值，获得大动态范围内的高精度数据；

(2)、对标定后三个通道的角度增量数据进行积分，获得三个通道光纤陀螺的角度数据；

(3)、去除光纤陀螺三个通道角度数据一阶趋势项，补偿陀螺常值漂移和地球旋转角速度积分；