本發明涉及一種對陀螺組合測量數據的診斷方法，尤其涉及一種對三正交一斜裝陀螺組合測量數據的診斷方法。

背景技術：

在空間飛行器中，陀螺組合是常用的敏感器。一套陀螺組合除了在正交方向上安裝相應的陀螺外，還會在斜裝方向上再安裝相應的陀螺用以備份。在每個空間飛行器中往往會配置多套陀螺組合，在使用時選擇不同的陀螺測量數據以獲取三正交方向上的姿態數據。由于陀螺測量數據對空間飛行器控制至關重要，因此各飛行器在軌飛行過程中都會持續對陀螺組合輸出的測量數據進行診斷，以確定數據是否正確是否可用，同時為陀螺切換提供依據。

但是現有的診斷方法存在一定的不足：

1、當陀螺組合處于壽命末期時，可提供的正常測量數據較少，此時現有的采用數據比較的診斷方法不能有效工作。

2、現有的采用數據比較的診斷方法在空間飛行器出現較大的姿態變化或外力矩干擾時常常出現誤診斷的情況。

3、現有的采取控制量反算的診斷方法需要依賴其它敏感器和執行機構，當這些敏感器或執行機構出現故障時，會引起陀螺診斷的誤診斷。

技術實現要素：

本發明提供一種對陀螺組合測量數據的診斷方法，簡單易行，不需增加任何硬件，可以僅靠軟件算法實現，診斷正確性較高，能夠對多種陀螺數據異常類型進行有效檢測，誤診斷率較低。

為了達到上述目的，本發明提供一種對陀螺組合測量數據的診斷方法，包含以下步驟：

分別為每個陀螺組合以及陀螺組合中的所有陀螺建立陀螺正常標志，設置陀螺正常標志的狀態為正常或故障；

采集所有陀螺組合中的所有陀螺的測量數據，為每一個陀螺測量數據建立陀螺數據有效標志，陀螺數據有效標志的狀態為有效或無效；

建立包含三個正交方向和一個斜裝方向的陀螺數據基準；

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于同一套陀螺組合，該陀螺組合中的所有陀螺的陀螺數據有效標志都有效，且陀螺數據滿足正交投影關系，則用本套陀螺組合內的陀螺數據更新陀螺數據基準；

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據變化量在姿態允許變化量以內，且對應的陀螺數據有效標志有效，則用當前使用的三個方向的陀螺測量數據更新陀螺數據基準對應的三個方向，并根據正交投影關系計算陀螺數據基準的另一個方向數據；

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，除當前使用的三個方向的陀螺測量數據以外的第四個方向的陀螺測量數據與當前使用的三個方向的陀螺測量數據滿足正交投影關系，且相關陀螺數據有效標志有效，則用當前使用的三個方向的陀螺測量數據更新陀螺數據基準對應的三個方向，并根據正交投影關系計算陀螺數據基準的另一個方向數據；

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，當前使用的三個方向的陀螺測量數據與陀螺數據基準的對應方向的數據變化量在姿態允許變化量以內，且相關陀螺數據有效標志有效，則用當前使用的三個方向的陀螺測量數據更新陀螺數據基準對應的三個方向，并根據正交投影關系計算陀螺數據基準的另一個方向數據。

根據陀螺數據有效條件設置陀螺數據有效標志，滿足所有陀螺數據有效條件的陀螺數據的陀螺數據有效標志的狀態為有效，不滿足任意一個陀螺數據有效條件的陀螺數據的陀螺數據有效標志的狀態為無效；

所述的陀螺數據有效條件包含：陀螺已加電、數據采集正常完成，陀螺溫度正常、陀螺電流正常、本陀螺的正常標志狀態為正常、本陀螺所在陀螺組合的正常標志狀態為正常。

首先判斷陀螺數據有效標志是否有效，如果有效，再繼續判斷當前使用的三軸陀螺測量數據是否來自于同一套陀螺組合。

如果陀螺數據有效標志無效，則認為當前方向的陀螺數據異常。

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，則判斷當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據變化量是否在姿態允許變化量以內。

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，且當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據變化量不在姿態允許變化量以內，則判斷除當前使用的三個方向的陀螺測量數據以外的第四個方向的陀螺測量數據與當前使用的三個方向的陀螺測量數據是否滿足正交投影關系。

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，且當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據變化量不在姿態允許變化量以內，且除當前使用的三個方向的陀螺測量數據以外的第四個方向的陀螺測量數據與當前使用的三個方向的陀螺測量數據不滿足正交投影關系，則判斷當前使用的三個方向的陀螺測量數據與陀螺數據基準的對應方向的數據變化量是否在姿態允許變化量以內。

如果當前使用的三軸陀螺測量數據來自于不同的陀螺組合，且當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據變化量不在姿態允許變化量以內，且除當前使用的三個方向的陀螺測量數據以外的第四個方向的陀螺測量數據與當前使用的三個方向的陀螺測量數據不滿足正交投影關系，且當前使用的三個方向的陀螺測量數據與陀螺數據基準的對應方向的數據變化量不在姿態允許變化量以內，則認為當前方向的陀螺數據異常。

如果當前使用的三個方向的陀螺測量數據中連續出現陀螺數據異常，則判定對應方向的陀螺數據故障，將對應的陀螺正常標志設置為故障。

本發明的優點和有益效果是：

1、即便陀螺組合進入壽命末期，只要能夠提供正常控制所需的三個不同方向的陀螺測量數據，本診斷方法就能夠繼續工作。

2、在空間飛行器出現較大的姿態變化或外力矩干擾時，由于增加了陀螺數據的正交投影關系診斷，不會出現誤判的情況。

3、本發明的陀螺數據診斷法方法的輸入全部來自陀螺組合以內，不涉及其它敏感器或執行機構，不會受這些敏感器或執行機構工作狀態變化和發生故障的影響。

附圖說明

圖1是本發明提供的一種對陀螺組合測量數據的診斷方法的流程圖。

圖2是三正交一斜裝陀螺組合的示意圖。

具體實施方式

以下根據圖1和圖2，具體說明本發明的較佳實施例。

如圖1所示，本發明提供一種對陀螺組合測量數據的診斷方法，包含以下步驟：

步驟S1、分別為每個陀螺組合以及陀螺組合中的所有陀螺建立陀螺正常標志；

設置陀螺正常標志的狀態為正常或故障；

步驟S2、采集所有陀螺組合中的所有陀螺的測量數據，為每一個陀螺測量數據建立陀螺數據有效標志；

根據陀螺數據有效條件設置陀螺數據有效標志，陀螺數據有效標志的狀態為有效或無效；

所述的陀螺數據有效條件包含：陀螺已加電、數據采集正常完成，陀螺溫度正常、陀螺電流正常、本陀螺的正常標志狀態為正常、本陀螺所在陀螺組合的正常標志狀態為正常；

滿足所有陀螺數據有效條件的陀螺數據的陀螺數據有效標志的狀態為有效，不滿足任意一個陀螺數據有效條件的陀螺數據的陀螺數據有效標志的狀態為無效；

步驟S3、判斷陀螺數據有效標志是否有效，如果是，進行步驟S4，如果否，認為當前方向的陀螺數據異常，進行步驟S12；

步驟S4、建立包含三個正交方向和一個斜裝方向的陀螺數據基準；

步驟S5、判斷當前使用的三軸陀螺測量數據是否來自于同一套陀螺組合，如果是，進行步驟S6，如果否，進行步驟S8；

步驟S6、判斷本套陀螺組合中的所有陀螺數據是否都有效，且陀螺數據滿足正交投影關系，如果是，認為當前使用的陀螺正常，進行步驟S7，如果否，進行步驟S8；

步驟S7、用本套陀螺組合內的陀螺數據更新陀螺數據基準；

步驟S8、將當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據進行比較，判斷判斷變化量是否在姿態允許變化量以內，且對應的陀螺數據有效，如果是，認為當前使用的陀螺正常，進行步驟S9，如果否，進行步驟S10；

步驟S9、用當前使用的三個方向的陀螺測量數據更新陀螺數據基準對應的三個方向，并根據正交投影關系計算陀螺數據基準的另一個方向數據，進行步驟S2；

步驟S10、在所有陀螺組合中尋找除當前使用的三個方向的陀螺測量數據以外的第四個方向的陀螺測量數據，判斷該第四個方向的陀螺測量數據與當前使用的三個方向的陀螺測量數據是否滿足正交投影關系，且相關陀螺數據有效，如果是，則認為當前使用的陀螺正常，進行步驟S9，如果否，進行步驟S11；

步驟S11、將當前使用的三個方向的陀螺測量數據與陀螺數據基準的對應方向進行比較，判斷變化量是否在姿態允許變化量以內，且相關陀螺數據有效，如果是，則認為當前使用的陀螺正常，則進行步驟S9，如果否，認為當前方向的陀螺數據異常，進行步驟S12；

步驟S12、如果當前使用的三個方向的陀螺測量數據中連續出現(連續出現的次數根據具體情況設定)陀螺數據異常，則判定對應方向的陀螺數據故障，將對應的陀螺正常標志設置為故障，進行步驟S2，否則，返回進行步驟S3。

如圖2所示，在本發明的一個較佳實施例中，定義每個陀螺組合及其內部各陀螺的測量數據為：

G₁＝(g_1x,g_1y,g_1z,g_1s)，G₂＝(g_2x,g_2y,g_2z,g_2s)，...，G_i＝(g_ix,g_iy,g_iz,g_is)

其中：

G_i表示第i套陀螺組合的測量數據；

g_ix表示第i套陀螺組合的X軸方向陀螺測量數據；

g_iy表示第i套陀螺組合的Y軸方向陀螺測量數據；

g_iz表示第i套陀螺組合的Z軸方向陀螺測量數據；

g_is表示第i套陀螺組合的S斜裝方向陀螺測量數據；

定義當前使用的陀螺測量量為g_x、g_y、g_z和g_s。

對陀螺組合的測量數據進行診斷，包含以下步驟：

步驟1、給每個陀螺組合中的所有陀螺建立陀螺正常標志：

GR₁＝(gr_1x,gr_1y,gr_1z,gr_1s)，GR₂＝(gr_2x,gr_2y,gr_2z,gr_2s)，...，GR_i＝(gr_ix,gr_iy,gr_iz,gr_is)

其中：

GR_i表示第i套陀螺組合的正常標志，true表示正常，false表示故障；

gr_ix表示第i套陀螺組合的X軸方向陀螺正常標志，true表示正常，false表示故障；

gr_iy表示第i套陀螺組合的Y軸方向陀螺正常標志，true表示正常，false表示故障；

gr_iz表示第i套陀螺組合的Z軸方向陀螺正常標志，true表示正常，false表示故障；

gr_is表示第i套陀螺組合的S斜裝方向陀螺正常標志，true表示正常，false表示故障。

步驟2、采集所有陀螺組合中各陀螺的測量數據、根據陀螺組合和陀螺的溫度、電流、加斷電狀態、通訊狀態和陀螺正常標志，建立陀螺數據有效標志：

GA₁＝(ga_1x,ga_1y,ga_1z,ga_1s)，GA₂＝(ga_2x,ga_2y,ga_2z,ga_2s)，...，GA_i＝(ga_ix,ga_iy,ga_iz,ga_is)

其中：

GA_i表示第i套陀螺組合的數據有效標志，true表示有效，false表示無效；

ga_ix表示第i套陀螺組合的X軸方向陀螺數據有效標志，true表示有效，false表示無效；

ga_iy表示第i套陀螺組合的Y軸方向陀螺數據有效標志，true表示有效，false表示無效；

ga_iz表示第i套陀螺組合的Z軸方向陀螺數據有效標志，true表示有效，false表示無效；

ga_is表示第i套陀螺組合的S斜裝方向陀螺數據有效標志，true表示有效，false表示無效；

陀螺數據有效的條件為：陀螺已加電、且數據采集正常完成，且陀螺溫度和電流正常、且本陀螺的正常標志為true、且本陀螺所在組合的正常標志為true，不滿足以上任一條件，則設置當前陀螺數據無效為false。

步驟3、判斷陀螺數據有效標志是否有效，如果是，進行步驟4，如果否，認為當前方向的陀螺數據異常，進行步驟12。

步驟4、建立包含三個正交方向和一個斜裝方向的陀螺數據基準：

GB＝(gb_x,gb_y,gb_z,gb_s)

其中：

gb_x表示X軸方向陀螺數據的基準值；

gb_y表示Y軸方向陀螺數據的基準值；

gb_z表示Z軸方向陀螺數據的基準值；

gb_s表示S斜裝方向陀螺數據的基準值。

步驟5、判斷當前使用的三軸陀螺測量數據是否來自于同一套陀螺組合，如果是，進行步驟6，如果否，進行步驟8。

步驟6、判斷本套陀螺組合中的所有陀螺數據是否都有效，且陀螺數據滿足正交投影關系；

且ga_ix、ga_iy、ga_iz和ga_is均為true；

其中，Δg為系統允許的測量誤差；

如果滿足以上判定關系，認為當前使用的陀螺正常，進行步驟7，如果不滿足以上判定關系，進行步驟8。

步驟7、用本套陀螺組合內的陀螺數據更新陀螺數據基準，即：GB＝G_i。

步驟8、將當前使用的三個方向的陀螺測量數據與所有陀螺組合中同方向的陀螺測量數據進行比較，判斷判斷變化量是否在姿態允許變化量以內，且對應的陀螺數據有效；如果是，認為當前使用的陀螺正常，進行步驟9，如果否，進行步驟10；

當接入X、Y、Z三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_x-g_1x)≤Δg_x且abs(g_y-g_1y)≤Δg_y且abs(g_z-g_1z)≤Δg_z且ga_1x、ga_1y和ga_1z均為true；

abs(g_x-g_2x)≤Δg_x且abs(g_y-g_2y)≤Δg_y且abs(g_z-g_2z)≤Δg_z且ga_2x、ga_2y和ga_2z均為true；

……

abs(g_x-g_ix)≤Δg_x且abs(g_y-g_iy)≤Δg_y且abs(g_z-g_iz)≤Δg_z且ga_ix、ga_iy和ga_iz均為true；

當接入X、Y、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_x-g_1x)≤Δg_x且abs(g_y-g_1y)≤Δg_y且abs(g_s-g_1s)≤Δg_s且ga_1x、ga_1y和ga_1s均為true；

abs(g_x-g_2x)≤Δg_x且abs(g_y-g_2y)≤Δg_y且abs(g_s-g_2s)≤Δg_s且ga_2x、ga_2y和ga_2s均為true；

……

abs(g_x-g_ix)≤Δg_x且abs(g_y-g_iy)≤Δg_y且abs(g_s-g_is)≤Δg_s且ga_ix、ga_iy和ga_is均為true；

當接入X、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_x-g_1x)≤Δg_x且abs(g_z-g_1z)≤Δg_z且abs(g_s-g_1s)≤Δg_s且ga_1x、ga_1z和ga_1s均為true；

abs(g_x-g_2x)≤Δg_x且abs(g_z-g_2z)≤Δg_z且abs(g_s-g_2s)≤Δg_s且ga_2x、ga_2z和ga_2s均為true；

……

abs(g_x-g_ix)≤Δg_x且abs(g_z-g_iz)≤Δg_z且abs(g_s-g_is)≤Δg_s且ga_ix、ga_iz和ga_is均為true；

當接入Y、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_y-g_1y)≤Δg_y且abs(g_z-g_1z)≤Δg_z且abs(g_s-g_1s)≤Δg_s且ga_1y、ga_1z和ga_1s均為true；

abs(g_y-g_2y)≤Δg_y且abs(g_z-g_2z)≤Δg_z且abs(g_s-g_2s)≤Δg_s且ga_2y、ga_2z和ga_2s均為true；

……

abs(g_y-g_iy)≤Δg_y且abs(g_z-g_iz)≤Δg_z且abs(g_s-g_is)≤Δg_s且ga_iy、ga_iz和ga_is均為true；

其中，Δg_x、Δg_y、Δg_z和Δg_s為姿態允許變化量。

步驟9、用當前使用的三個方向的陀螺測量數據更新陀螺數據基準對應的三個方向，并根據正交投影關系計算陀螺數據基準的另一個方向數據，進行步驟2；

當接入X、Y、Z三個方向的陀螺測量數據時，陀螺數據基準為：

gb_x＝g_x，gb_y＝g_y，gb_z＝g_z，

當接入X、Y、S三個方向的陀螺測量數據時，陀螺數據基準為：

gb_x＝g_x，gb_y＝g_y，gb_s＝g_s；

當接入X、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，陀螺數據基準為：

gb_x＝g_x，gb_z＝g_z，gb_s＝g_s；

當接入Y、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，陀螺數據基準為：

gb_y＝g_y，gb_z＝g_z，gb_s＝g_s。

步驟10、在所有陀螺組合中尋找除當前使用的三個方向的陀螺測量數據以外的第四個方向的陀螺測量數據，判斷該第四個方向的陀螺測量數據與當前使用的三個方向的陀螺測量數據是否滿足正交投影關系，且相關陀螺數據有效，如果是，則認為當前使用的陀螺正常，進行步驟9，如果否，進行步驟11；

當接入X、Y、Z三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

且ga_is為true；

當接入X、Y、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

且ga_iz為true；

當接入X、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

且ga_iy為true；

當接入Y、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

且ga_ix為true。

步驟11、將當前使用的三個方向的陀螺測量數據與陀螺數據基準的對應方向進行比較，判斷變化量是否在姿態允許變化量以內，且相關陀螺數據有效，如果是，則認為當前使用的陀螺正常，則進行步驟9，如果否，認為當前方向的陀螺數據異常，進行步驟12；

當接入X、Y、Z三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_x-gb_x)≤Δg_x且abs(g_y-gb_y)≤Δg_y且abs(g_z-gb_z)≤Δg_z；

當接入X、Y、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_x-gb_x)≤Δg_x且abs(g_y-gb_y)≤Δg_y且abs(g_s-gb_s)≤Δg_s；

當接入X、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_x-gb_x)≤Δg_x且abs(g_z-gb_z)≤Δg_z且abs(g_s-gb_s)≤Δg_s；

當接入Y、Z、S三個方向的陀螺測量數據時，判斷條件為：

abs(g_y-gb_y)≤Δg_y且abs(g_z-gb_z)≤Δg_z且abs(g_s-gb_s)≤Δg_s。

步驟12、如果當前使用的三個方向的陀螺測量數據中連續出現陀螺數據異常，則判定對應方向的陀螺數據故障，將對應的陀螺正常標志gr_ij(i,1..n；j,x..s)設置為故障false，進行步驟2。

重復步驟2至步驟8持續進行陀螺數據診斷。

本發明的優點和有益效果是：

1、即便陀螺組合進入壽命末期，只要能夠提供正常控制所需的三個不同方向的陀螺測量數據，本診斷方法就能夠繼續工作。

2、在空間飛行器出現較大的姿態變化或外力矩干擾時，由于增加了陀螺數據的正交投影關系診斷，不會出現誤判的情況。

3、本發明的陀螺數據診斷法方法的輸入全部來自陀螺組合以內，不涉及其它敏感器或執行機構，不會受這些敏感器或執行機構工作狀態變化和發生故障的影響。

盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。