[发明专利]一种陀螺输出饱和自主诊断方法及系统

说明书

本发明公开了一种陀螺输出饱和自主诊断方法及系统，该方法设计了1条陀螺量程的判断条件，4条极性翻转的判断条件,分别作为陀螺饱和输出判断和极性翻转判断，将上述5条判据进行数据融合，共同作为陀螺输出饱和自主诊断的状态标志。ω_Maxn根据陀螺设计量程并考虑一定裕度来设计，Δg_max则根据开伞的最大角加速度a_ωmax来进行设计，有效保证了陀螺的速度增量和角度增量均满足型号任务需求。本发明使得IMU能够自主、及时剔除输出异常的陀螺数据，可有效提升IMU产品在惯性导航或组合导航工作时的健壮性。

技术领域

本发明属于火星进入舱惯性测量单元EDL技术领域，尤其涉及一种陀螺输出饱和自主诊断方法及系统。

背景技术

惯性测量单元(以下简称IMU)是星载导航系统的核心单机，它不依赖外部输入信息，可以实时的进行载体相对惯性空间的三轴角速度和视加速度测量，通过导航解算，得出载体相对惯性空间的三轴速度、位置、姿态等信息。随着我国深空探测任务的从地月系到行星际的技术里程碑式跨越，未来地外天体着陆与探测任务将出现井喷式发，科学育种/试验等返回式卫星需求的不断增加，对IMU惯导系统的需求和系统健壮性的需求也将爆发式增长。

陀螺仪是IMU产品的核心惯性仪表，由于光纤陀螺的工作特性和飞行器飞行或着陆的机动特性等因素影响，在超过光纤陀螺本征量程以后存在输出极性翻转的可能，造成输出数据异常，若不及时有效进行异常数据剔除，将对飞行器的惯性导航产生不利影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种陀螺输出饱和自主诊断方法及系统，使得能够通过光纤陀螺自身输出数据来对输出饱和或极性反转情况进行自主诊断，及时剔除输出异常的陀螺数据，采用正确数据进行各类空间飞行器的惯性导航或组合导航，提升IMU产品在惯性导航或组合导航工作时的健壮性，确保型号任务高可靠成功。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种陀螺输出饱和自主诊断方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据光纤陀螺光源波长λ、光速c、光纤环长L和光纤环等效直径D得到光纤陀螺最大理论量程±Ω_MAX；步骤二：根据步骤一中的光纤陀螺最大理论量程±Ω_MAX，将光纤陀螺水平放置在单轴速率转台上，输入轴平行于转台转轴，按输入角速率ω_i加载，直至光纤陀螺输出出现极性翻转现象，记录光纤陀螺输出出现极性翻转现象时的光纤陀螺输出数据P_i，并绘制输出特性曲线；步骤三：根据光纤陀螺输出出现极性翻转现象时的输入角速率ω_i(i＝1，2，3…)和陀螺输出数据P_ji进行最小二乘拟合，得到光纤陀螺j的标度因数K_j和最大量程±Ω_MAXj(j＝1，2，3…，N)；步骤四：重复步骤一至步骤三，直至得到N个光纤陀螺的标度因数和最大量程，根据每个光纤陀螺的最大量程得到每个光纤陀螺的陀螺超量程的限值ω_Maxn；步骤五：根据火星进入舱开伞的最大角加速度a_ωmax得到火星进入舱开伞的最大角度增量限值Δg_max；步骤六：根据光纤陀螺在第m个采样周期采集的角度增量Δg_(m)、光纤陀螺的陀螺超量程的限值ω_Maxn、光纤陀螺采样周期Δt_s、火星进入舱开伞的最大角度增量限值Δg_max、光纤陀螺在第m-1个采样周期采集的角度增量Δg_(m-1)、光纤陀螺在第m-2个采样周期采集的角度增量Δg_(m-2)代入陀螺饱和标识符公式，若陀螺饱和标识符为0，则表明该光纤陀螺在该导航周期内发生饱和。

上述陀螺输出饱和自主诊断方法中，在步骤一中，光纤陀螺最大理论量程±Ω_MAX为：