中心議題：

• 姿態角測試方法
• 姿態角測試係統設計

解決方案：

• 裝置必須要進行抗衝擊處理

1 引言

飛行體姿態角的測試方法有很多種，如磁敏傳感器、高速攝影儀、加(jia)速(su)度(du)計(ji)法(fa)以(yi)及(ji)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)等(deng)。各(ge)種(zhong)方(fang)法(fa)都(dou)有(you)其(qi)優(you)點(dian)及(ji)應(ying)用(yong)局(ju)限(xian)，適(shi)用(yong)於(yu)不(bu)同(tong)的(de)應(ying)用(yong)場(chang)合(he)。某(mou)小(xiao)型(xing)飛(fei)行(xing)體(ti)飛(fei)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)所(suo)受(shou)過(guo)載(zai)較(jiao)小(xiao)

，姿(zi)態(tai)角(jiao)變(bian)化(hua)不(bu)大(da)

，可(ke)容(rong)納(na)測(ce)試(shi)儀(yi)的(de)空(kong)間(jian)有(you)限(xian)，針(zhen)對(dui)該(gai)小(xiao)型(xing)飛(fei)行(xing)器(qi)姿(zi)態(tai)角(jiao)測(ce)試(shi)，提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)的(de)姿(zi)態(tai)角(jiao)存(cun)儲(chu)測(ce)試(shi)方(fang)法(fa)
，介(jie)紹(shao)了(le)具(ju)體(ti)實(shi)現(xian)方(fang)案(an)。

2 姿態角測試係統設計

磁敏傳感器法通常隻是作為一種輔助測試手段
，高速攝影法易受天氣影響也限製了它的應用。加速度計法有著低成本、低功耗、gaokekaoxingdengyoudian，danshililunjisuanjianzhuangfuzaxianzhilegaifangfadeyingyong
，zaiguoneiduoyililunyanjiuweizhu。ertuoluoyifazaiguozaibutaidadechangheyingyongfangbian
，chengweicifeixingqizitaijiaoceshideyigehenhaodexuanze。feixingtidezitaiyundongshifeixingtiraozishenzhixindezhuandongyundong。zaiyinrugangtijiashehezuobiaoxizhuanhuandegainianhou，feixingtidezitaidingyiweifeixingtizuobiaoxixiangduiyucankaozuobiaoxidexuanzhuanbianhuan。

2．1 陀螺儀姿態角測試原理

在對剛體的轉動運動進行解析描述時．常應用歐拉角或卡爾丹角。卡爾丹角適用於姿態角變化較小的場合，因此．用卡爾丹角進行描述。取初始時刻飛行體坐標係Oξηζ為固定坐標係，0xyz為與飛行體固結的動坐標係。卡爾丹角選取的方法是
，首先繞ξ軸轉過α角，到達0x1y1zl的位置
；再繞y1軸轉動β角
，到達0x2y2z2的位置；再繞z2軸轉動γ角，到達0xyz的位置。轉動關係如圖l所示。
α、β以及γ分別為沿0ξ軸、0y1軸與0z軸的角速度分量，三次轉動如式（1）所示：
在此，以cx表示cosx、sx表示sinx，正切以tgx表示。各次轉動相應的方向餘弦矩陣分別為
飛行體的角速度ω
，可以表示為： 式(7)為卡爾丹角表示的運動學微分方程，其中ωx、ωy及ωz分別為陀螺x軸
、y軸及z軸的輸出。積分此式
，可得卡爾丹角。
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2．2 係統實現

yanjiucunchuceshijishuzhihou
，shejilecunchuceshixitong。tijiweixiaoheceliangshibuxuyaoyinxianjibuxuyaoduiwaijiedediancifusheshitadezuituchutedian。zaidongtaicanshudecunchuceshilingyu
，ceshiyiyaosuibeicetiyiqiyundong，yaoqiuceshixitongjuyoutijixiao、功耗低及抗高過載等特點，下麵將結合係統設計闡述這些要求的相應解決措施。

主控器件能否正常工作
，是整個係統能否可靠獲得被測參數的關鍵。CPLDshuruheshuchuyinjiaodeyuanshidianpingkeyuxiansheding
，kaijijinengdadaoyudingdianping
，zhuangtaimingque。xinhaochuanshuxiaolvgao
，shihegaosucaiyangchanghe。kebianchengluojihongdanyuanhuoluojikuaizhijiandexianghulianxianzaitongyifengzhuangnei，shouwaijieganraoyingxiangxiao

，diancijianrong(EMC)性能好。綜上所述
，CPLD具有邏輯性強、響應時間快、程序不易跑飛等特點。為此選用CPLD作為主控器件，設計盡量簡單可靠的器件內部邏輯，以確保整個測試過程係統的正常工作。本係統存儲容量為512 Kxl2 bit，負延遲為128 Kxl2 bit，采樣頻率為8 kHz。測試係統原理框圖如圖2所示。 存儲測試係統包括：陀螺輸出，信號處理(通道切換
、信號適配電路
、A／D轉換器
、數據存儲器)
，係統控製(中心控製器
、電源控製)和接口電路4個(ge)部(bu)分(fen)。對(dui)三(san)維(wei)角(jiao)速(su)度(du)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)的(de)是(shi)連(lian)續(xu)采(cai)樣(yang)的(de)方(fang)法(fa)，需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)通(tong)道(dao)切(qie)換(huan)。陀(tuo)螺(luo)輸(shu)出(chu)的(de)是(shi)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)，可(ke)先(xian)進(jin)行(xing)通(tong)道(dao)切(qie)換(huan)再(zai)進(jin)行(xing)信(xin)號(hao)適(shi)配(pei)，這(zhe)樣(yang)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)麵(mian)積(ji)可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)，進(jin)一(yi)步(bu)減(jian)小(xiao)測(ce)試(shi)儀(yi)的(de)體(ti)積(ji)。通(tong)過(guo)通(tong)道(dao)切(qie)換(huan)依(yi)次(ci)把(ba)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)號(hao)送(song)至(zhi)信(xin)號(hao)適(shi)配(pei)電(dian)路(lu)，經(jing)調(tiao)理(li)後(hou)送(song)至(zhi)A／Dzhuanhuanqi，jiangmoniliangzhuanhuanweishuziliang，cunrucunchuqi。dangchufaxinhaodaolaihou，ceshixitongjiluwanyushederongliang
，zhongxinkongzhiqigeichumonidianyuanguanduanxinhao，dianyuankongzhiqitingzhijilu，ceshixitongjinrushengdianmoshi。xitongdengdaijisuanjifadushuzhilingyoujiekoudianlujiangshujuduchu。shejilexiangyingdejiekoudianlu
，USB口和並口都可讀取測試裝置的數據。

2．3 係統抗衝擊處理

測ce試shi係xi統tong工gong作zuo全quan程cheng要yao承cheng受shou衝chong擊ji過guo載zai
，裝zhuang置zhi必bi須xu要yao進jin行xing抗kang衝chong擊ji處chu理li
，保bao護hu測ce試shi裝zhuang置zhi

，使shi其qi能neng在zai高gao衝chong擊ji環huan境jing下xia正zheng常chang工gong作zuo。為wei了le抗kang高gao衝chong擊ji過guo載zai，專zhuan門men選xuan取qu了le抗kang高gao過guo載zai的de器qi件jian。其qi中zhong最zui重zhong要yao的de主zhu控kong器qi件jian采cai用yongXCR3064，抗高過載能力達到3×105g[6]。針zhen對dui測ce試shi係xi統tong專zhuan門men設she計ji了le抗kang衝chong擊ji機ji械xie殼ke體ti，並bing且qie用yong環huan氧yang樹shu脂zhi對dui測ce試shi裝zhuang置zhi進jin行xing了le真zhen空kong灌guan封feng處chu理li，將jiang測ce試shi電dian路lu固gu結jie在zai電dian路lu保bao護hu殼ke中zhong以yi抗kang高gao過guo載zai。經jing過guo上shang述shu抗kang高gao過guo載zai措cuo施shi處chu理li後hou
，測ce試shi裝zhuang置zhi能neng夠gou很hen好hao滿man足zu測ce試shi需xu要yao，保bao證zheng了le測ce試shi係xi統tong的de正zheng常chang工gong作zuo，係xi統tong可ke重zhong複fu使shi用yong。

3 測試結果及實測數據分析

存儲測試係統已經成功應用於某小型飛行體的試驗

，成功獲得了測試數據。下麵是實測曲線及其分析
，x軸為自轉軸，z軸為飛行方向。實測飛行過程角速度信號如圖3所示
，圖3中
，3個軸的角速度曲線在70 ms處均有一個小鼓包，為陀螺的加速度效應在曲線上的表現。
陀螺儀測得的ωx


、ωy以及ωz已知
，根據表達式7所示的運動學微分方程，在MATLAB下解算出角度，如圖4所示。經對比，與高速攝影記錄的姿態非常吻合。
4 結語

麵(mian)向(xiang)某(mou)飛(fei)行(xing)體(ti)姿(zi)態(tai)角(jiao)測(ce)試(shi)的(de)實(shi)際(ji)需(xu)要(yao)，研(yan)究(jiu)姿(zi)態(tai)角(jiao)測(ce)試(shi)技(ji)術(shu)，提(ti)出(chu)一(yi)種(zhong)姿(zi)態(tai)角(jiao)測(ce)試(shi)方(fang)案(an)，分(fen)析(xi)理(li)論(lun)基(ji)礎(chu)
，作(zuo)實(shi)際(ji)測(ce)試(shi)
，實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，該(gai)方(fang)案(an)可(ke)滿(man)足(zu)係(xi)統(tong)使(shi)用(yong)需(xu)求(qiu)