姿态角测试研究
存储测试系统包括:陀螺输出,信号处理(通道切换、信号适配电路、A/D转换器、数据存储器),系统控制(中心控制器、电源控制)和接口电路4个部分。对三维角速度信号采用的是连续采样的方法,需要进行通道切换。陀螺输出的是电压信号,可先进行通道切换再进行信号适配,这样电路板的面积可以减小,进一步减小测试仪的体积。通过通道切换依次把传感器信号送至信号适配电路,经调理后送至A/D转换器,将模拟量转换为数字量,存入存储器。当触发信号到来后,测试系统记录完预设的容量,中心控制器给出模拟电源关断信号,电源控制器停止记录,测试系统进入省电模式。系统等待计算机发读数指令由接口电路将数据读出。设计了相应的接口电路,USB口和并口都可读取测试装置的数据。
2.3 系统抗冲击处理
测试系统工作全程要承受冲击过载,装置必须要进行抗冲击处理,保护测试装置,使其能在高冲击环境下正常工作。为了抗高冲击过载,专门选取了抗高过载的器件。其中最重要的主控器件采用XCR3064,抗高过载能力达到3×105g[6]。针对测试系统专门设计了抗冲击机械壳体,并且用环氧树脂对测试装置进行了真空灌封处理,将测试电路固结在电路保护壳中以抗高过载。经过上述抗高过载措施处理后,测试装置能够很好满足测试需要,保证了测试系统的正常工作,系统可重复使用。
3 测试结果及实测数据分析
存储测试系统已经成功应用于某小型飞行体的试验,成功获得了测试数据。下面是实测曲线及其分析,x轴为自转轴,z轴为飞行方向。实测飞行过程角速度信号如图3所示,图3中,3个轴的角速度曲线在70 ms处均有一个小鼓包,为陀螺的加速度效应在曲线上的表现。
陀螺仪测得的ωx、ωy以及ωz已知,根据表达式7所示的运动学微分方程,在MATLAB下解算出角度,如图4所示。经对比,与高速摄影记录的姿态非常吻合。
4 结语
面向某飞行体姿态角测试的实际需要,研究姿态角测试技术,提出一种姿态角测试方案,分析理论基础,作实际测试,实验结果表明,该方案可满足系统使用需求。
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