一种针对陀螺仪随机游走噪声的精细滤波方法与测试平台

摘要

一种针对陀螺仪随机游走噪声的精细滤波方法与测试平台，所述的姿控系统包括直流稳压电源、实时仿真目标机、三轴速率转台、三轴陀螺仪、太阳敏感器、太阳仿真器、姿态确定模块、姿态控制模块及反作用飞轮；所述的针对陀螺仪随机游走噪声的精细滤波方法，首先设计随机游走噪声估计器得到随机游走噪声估计值，其次利用随机游走噪声估计值构建姿态滤波器，最后求解滤波器增益抑制随机游走噪声估计误差；所设计的精细滤波方法具有抵消与抑制随机游走噪声的性能，该方法实时运行于姿控系统的姿态确定模块；本发明的姿控系统验证了精细滤波方法的有效性，适用于航空航天领域飞行器姿态信息高精度滤波及其地面仿真验证。

主权项

一种针对陀螺仪随机游走噪声的精细滤波测试平台，其特征在于：测试平台包括直流稳压电源(1)、实时仿真目标机(2)、三轴速率转台(3)、三轴陀螺仪(4)、太阳敏感器(5)、太阳仿真器(6)、姿态确定模块(7)、姿态控制模块(8)以及反作用飞轮(9)；所述直流稳压电源(1)用于为三轴陀螺仪(4)、太阳敏感器(5)、姿态确定模块(7)、姿态控制模块(8)以及反作用飞轮(9)提供工作电压；所述实时仿真目标机(2)包括飞行器姿态动力学仿真机(21)与飞行器姿态运动学仿真机(22)，分别实时运算飞行器的姿态动力学与运动学模型；所述三轴速率转台(3)是飞行器的运动仿真器，用于模拟飞行器的姿态运动；所述三轴陀螺仪(4)是角速度姿态信息敏感器，敏感三轴速率转台的角速度；所述太阳敏感器(5)通过敏感太阳光方位而获得飞行器姿态信息；所述太阳仿真器(6)为太阳敏感器(5)提供模拟太阳方位；所述姿态确定模块(7)实时运行精细滤波方法，对三轴陀螺仪(4)与太阳敏感器(5)测量得到的姿态信息进行实时滤波与解算，该模块包括数字运算单元(71)、RS422/232通信单元(72)、电源管理单元(73)、复位电路(74)、扩展备用I/O口(75)、存储器(76)以及时钟单元(77)，其中RS422/232通信单元(72)、电源管理单元(73)、复位电路(74)、扩展备用I/O口(75)和存储器(76)都与数字运算单元(71)相连，数字运算单元(71)是姿态确定模块(7)的运算核心，RS422/232通信单元(72)是姿态确定模块(7)的输入输出端，接受三轴陀螺仪(4)与太阳敏感器(5)实测姿态信息，输出滤波后的姿态信息，电源管理单元(73)负责供电，复位电路(74)可恢复数字运算单元(71)的初始状态，扩展备用I/O口(75)提供可扩展的输入输出端口，存储器(76)存储数字运算单元(71)的程序与数据，时钟单元(77)为数字运算单元(71)提供时钟频率；所述姿态控制模块(8)运算姿态控制方法并解算出力矩指令，为反作用飞轮(9)提供力矩控制指令，包括了数字处理单元(81)、RS422/232串口(82)、电源(83)、复位(84)、备用串口(85)、存储单元(86)及晶振(87)，其中RS422/232串口(82)、电源(83)、复位(84)、备用串口(85)、存储单元(86)都与数字处理单元(81)相连，数字处理单元(81)是姿态控制模块(8)的运算核心，RS422/232串口(82)是姿态控制模块(8)的输入输出端，接受姿态确定模块(7)产生的滤波后姿态信息，输出指令力矩信号给反作用飞轮(9)，电源(83)负责供电，复位(84)可恢复数字处理单元(81)的初始状态，备用串口(85)提供可扩展的输入输出端口，存储单元(86)存储数字处理单元(81)的程序与数据，晶振(87)为数字处理单元(81)提供时钟频率；所述反作用飞轮(9)作为姿控系统的执行机构，在接收力矩控制指令后，将输出力矩信号传给实时仿真目标机(2)；测试平台的数据流回路如下：飞行器的期望姿态信号通过姿态控制模块(8)的RS422/232串口(82)导入系统回路，该期望姿态信号通过与姿态确定模块(7)滤波后的姿态信息进行比较，得到偏差信号；将此偏差信号传递给姿态控制模块(8)，该模块中的姿态控制算法解算出指令力矩信号，该信号经RS422/232串口(82)传送至反作用飞轮(9)；反作用飞轮(9)在接收指令力矩信号后输出执行力矩信号，执行力矩信号通过RS422/232串行数据通信接口传入实时仿真目标机(2)中的飞行器姿态动力学仿真机(21)与飞行器姿态运动学仿真机(22)；飞行器姿态动力学仿真机(21)与飞行器姿态运动学仿真机(22)分别运算飞行器姿态动力学与运动学模块，得到飞行器转动角速度，该飞行器转动角速度经RS422/232串行数据通信接口传送至三轴速率转台(3)；三轴速率转台(3)受飞行器转动角速度驱动而转动，装配在三轴速率转台(3)上的三轴陀螺仪(4)以及太阳敏感器(5)将敏感到的姿态信息经RS422/232串行数据通信接口传递给姿态确定模块(7)；姿态确定模块(7)中的精细滤波方法实时运算并将由精细滤波方法得到的姿态信息与期望姿态作比较后获得新的偏差信号，形成了测试平台的数据流回路。