申请/专利权人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所

申请日：2024-02-05

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN117705091B

主分类号：G01C21/00

分类号：G01C21/00;G01C21/16;G01M9/06;G01P15/125;G06F17/10

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2024.04.02#实质审查的生效;2024.03.15#公开

摘要：本发明提供基于大量程石英挠性加速度计的高精度姿态测量方法，属于风洞试验中姿态与轨迹测量的传感器领域；方法包括：S1、试验模型内置大量程（以解决振动冲击所致的削峰误差）石英挠性加速度计测量其俯仰与滚转角；S2、按高精度角度分辨率设计加速度计的最小电流；S3、确定最大量程、瞬态测角量程对应的最大电流；S4、建立模拟数字转换电路，将加速度计输出电流转换为抗干扰的时序脉冲信号；S5、创建时序脉冲信号的滑窗俯仰与滚转角度计算法，解决兼具大量程、高精度与高测姿数据更新频率所面临的瓶颈问题；推导了“滚转机构置于俯仰机构上的模型支撑方式”的迎角与侧滑角计算公式，实现了高振动噪声环境下的高精度姿态实时测量。

主权项：1.一种基于大量程石英挠性加速度计的高精度姿态测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、安装大量程石英挠性加速度计，作为试验模型的俯仰角与滚转角测量的硬件基础；S2、基于已安装的大量程石英挠性加速度计，设计高精度姿态测量过程的角度分辨率指标，确定并设置大量程石英挠性加速度计的最小电流；S3、确定并设置大量程石英挠性加速度计的最大量程、瞬态测角量程和最大电流，结合最小电流，作为模拟数字转换电路的设计依据；S4、设计模拟数字转换电路，将大量程石英挠性加速度计输出的电流测值，转换为数字式的时序脉冲信号，传输至数据采集系统；S5、数据采集系统对时序脉冲信号进行滑窗角度计算，得出试验模型的俯仰角与滚转角测量数据，并计算出对应的迎角与侧滑角，完成高精度姿态测量过程；步骤S4中，模拟数字转换电路由电阻、电容、开关、第一比较器和第二比较器组成，电阻的一端为电路输入端，第二比较器的输出端为电路输出端，且电路输出端连接有FPGA芯片；模拟数字转换电路的工作方式如下：大量程石英挠性加速度计的输出电流经电阻给电容充电，电容电压分别引至第一比较器和第二比较器的其中一个输入端；第一比较器的另一个输入端连接第一参考电压，当电容电压达到第一参考电压大小时，第一比较器动作，第一比较器的输出端所控制的开关闭合，此开关并联与电容两端，使电容完成放电，电容放电完成后，开关断开，进行电容的新一轮充电过程；第二比较器的另一个输入端连接第二参考电压，当电容电压达到第二参考电压时，第二比较器动作，第二比较器的输出端向FPGA芯片输出一个方波信号；第二参考电压低于第一参考电压，使模拟数字转换电路中电容的每次充电过程转换为一个方波信号，转换完成后在第一比较器的控制下放电；经过多次充放电过程后，产生的多个方波信号在FPGA芯片处理下，形成数字脉冲信号，传输至数据采集系统；步骤S5中，将FPGA芯片的处理频率记为，将数据采集系统的角度测量数据更新频率记为，则时序脉冲信号的滑窗角度计算过程如下：S51、确定时序脉冲信号的滑窗长度： 式中，为俯仰方向产生的最低输入脉冲方波数量，为俯仰方向的瞬态测角量程；随后定义滑窗长度的时序脉冲队列，将其记为；S52、确定角度测量数据更新频率对应的时间间隔： S53、若，则表示FPGA芯片的处理能力足够支撑角度测量数据更新频率；此时以频率从时序脉冲队列的队尾插入时间长度为的时序脉冲信号数据，同时从时序脉冲队列的队头删除时间长度为的时序脉冲信号数据；每当更新一次时序脉冲队列的数据时，即按照下式进行一次计算： 式中，与为大量程石英挠性加速度计在俯仰与滚转达到90度时经由模拟数字转换电路及FPGA芯片对应输出的脉冲方波数量；通过上述计算式即可得出俯仰角和滚转角的高精度测量结果；S54、若，则计中间参数： 式中，符号表示向上取整，令： 进而以频率从时序脉冲队列的队尾插入时间长度为的时序脉冲信号数据，同时从时序脉冲队列的队头删除时间长度为的时序脉冲信号数据；每当更新一次时序脉冲队列的数据时，按照步骤S53中的俯仰角和滚转角的计算式进行计算，即可得出俯仰角和滚转角的高精度测量结果；在得出俯仰角和滚转角的测量结果后，对于滚转机构设置于迎角机构上的试验模型支撑方式的风洞试验，将俯仰角和滚转角代入下式： 即可得出迎角和侧滑角的高精度计算结果。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 基于大量程石英挠性加速度计的高精度姿态测量方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD