[發明專利]一種微機械陀螺(MEMS)在深空探測中的使用方法

有效

• 申請號: 201110289905.1
• 申請日: 2011-09-27
• 公開（公告）號: CN103017745A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 尹海寧;袁彥紅;聶章海;蔡陳生;李芳華;沈怡颹;劉振剛
• 申請（專利權）人: 上海航天控制工程研究所
• 主分類號: G01C19/00
• 分類號: G01C19/00;G01C25/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 馮和純

技術領域

本發明涉及一種微機械陀螺(MEMS)在深空探測中的使用方法，為滿足深空探測器對姿控系統單機重量、體積、功耗的要求，在國內深空探測中首次使用石英微機械陀螺作為角速度測量器件。微機械陀螺零位隨溫度發生變化(溫漂)、隨時間發生變化(年漂)，研制了相關在軌補償算法，滿足深空探測器姿控系統的使用要求。

背景技術

國內研制火星探測器，在執行火星探測任務時，需要進行速率阻尼、捕獲太陽和初始姿態建立等。火星探測器對整星質量有嚴格要求，需要在設計階段優化單機配置，石英微機械陀螺作為一種新型慣性測量元件，與傳統機電類陀螺和光電類陀螺相比，具有外形尺寸小、重量輕、功耗低、啟動快、成本低、抗高沖擊性強、可靠性高和易于數字化，同時具有諧振頻率和品質因子高等優點。但是微機械陀螺尚未在深空探測用應用，因此，需要提出一種微機械陀螺在深空探測中的使用方法。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明要解決的技術問題是提供一種微機械陀螺(MEMS)在深空探測中的使用方法，為滿足深空探測姿控系統的使用要求，需要考慮微機械陀螺的年漂、溫漂等因素，采用溫漂在軌修正、結合星敏感器測量信息設計卡爾曼濾波器，實時準確修正石英微機械陀螺的零位。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下的技術方案實現的，一種微機械陀螺(MEMS)在深空探測中的使用方法，其具體包括如下步驟：

1.在微機械陀螺裝星前，首先進行零位的高低溫標定試驗；

2.根據高低溫標定試驗數據擬合系數，給出微機械陀螺溫漂在軌補償算法；

3.利用星敏感器的測量值實時修正陀螺零位變化，計算陀螺角速率。

所述的高低溫標定試驗，將陀螺放于帶有轉臺的溫控箱內，設定溫度范圍為-30℃-45℃，溫控轉臺溫度穩定性±3℃，溫度變化的速率不小于1℃/min，保溫3小時后，測量5分鐘的信號輸出和熱敏電阻輸出并保存。

本發明采用的方法與現有技術相比，其優點和有益效果是：

該發明的使用方法，為深空探測任務以及地球微小衛星可以采用石英微機械陀螺，以滿足整星對尺寸、重量、功耗的要求。

附圖說明

以下將結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。

圖1為本發明的零位標定試驗框圖。

具體實施方式

如圖1所示，為本發明的零位標定試驗框圖。在深空探測中使用微機械陀螺，首先需要進行陀螺零位的高低溫標定試驗，連接標定試驗設備，將陀螺安裝于工裝上并放于帶有轉臺的溫控箱內，使陀螺敏感軸呈東西方向放置。當溫控箱至設定的每個溫度點并保溫3小時后，測量一組不少于5分鐘的信號輸出和熱敏電阻輸出并保存。6個溫度點為一個循環，整個試驗4個循環。溫控轉臺溫度穩定性：±3℃，溫度變化的速率不小于1℃/min。在包含工作溫度范圍內取6個溫度點進行測試，每個溫度點保溫2小時，取最后20分鐘陀螺測量輸出平均值作為該溫度點的零位輸出。6個溫度點分別為-30℃、-10℃、0℃、10℃、30℃、45℃。

通過高低溫標定試驗，得到了陀螺零位初值，以及高低溫零位擬合數據，采用二階曲線擬合標定算法：

B＝a*V_t²+b*V_t+c

B為溫漂擬合陀螺零位(°/s)；

Vt為陀螺熱敏電阻采樣電壓值(V)；

a、b、c為根據高低溫標定試驗數據得到的擬合系數。

設計卡爾曼濾波器，利用星敏感器的測量值實時修正陀螺零位變化，具體步驟如下

1.利用扣除零漂和估值漂移的慣性角速度構建四元數