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

研yan究jiu存cun儲chu測ce試shi技ji術shu之zhi後hou，設she計ji了le存cun儲chu測ce試shi係xi統tong。體ti積ji微wei小xiao和he測ce量liang時shi不bu需xu要yao引yin線xian即ji不bu需xu要yao對dui外wai界jie的de電dian磁ci輻fu射she是shi他ta的de最zui突tu出chu特te點dian。在zai動dong態tai參can數shu的de存cun儲chu測ce試shi領ling域yu，測ce試shi儀yi要yao隨sui被bei測ce體ti一yi起qi運yun動dong，要yao求qiu測ce試shi係xi統tong具ju有you體ti積ji小xiao、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。CPLD輸shu入ru和he輸shu出chu引yin腳jiao的de原yuan始shi電dian平ping可ke預yu先xian設she定ding，開kai機ji即ji能neng達da到dao預yu定ding電dian平ping
，狀zhuang態tai明ming確que。信xin號hao傳chuan輸shu效xiao率lv高gao，適shi合he高gao速su采cai樣yang場chang合he。可ke編bian程cheng邏luo輯ji宏hong單dan元yuan或huo邏luo輯ji塊kuai之zhi間jian的de相xiang互hu連lian線xian在zai同tong一yi封feng裝zhuang內nei，受shou外wai界jie幹gan擾rao影ying響xiang小xiao
，電dian磁ci兼jian容rong(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zhiA／D轉(zhuan)換(huan)器(qi)，將(jiang)模(mo)擬(ni)量(liang)轉(zhuan)換(huan)為(wei)數(shu)字(zi)量(liang)
，存(cun)入(ru)存(cun)儲(chu)器(qi)。當(dang)觸(chu)發(fa)信(xin)號(hao)到(dao)來(lai)後(hou)，測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)記(ji)錄(lu)完(wan)預(yu)設(she)的(de)容(rong)量(liang)
，中(zhong)心(xin)控(kong)製(zhi)器(qi)給(gei)出(chu)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)關(guan)斷(duan)信(xin)號(hao)，電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)器(qi)停(ting)止(zhi)記(ji)錄(lu)，測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)進(jin)入(ru)省(sheng)電(dian)模(mo)式(shi)。係(xi)統(tong)等(deng)待(dai)計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)讀(du)數(shu)指(zhi)令(ling)由(you)接(jie)口(kou)電(dian)路(lu)將(jiang)數(shu)據(ju)讀(du)出(chu)。設(she)計(ji)了(le)相(xiang)應(ying)的(de)接(jie)口(kou)電(dian)路(lu)，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(yong)XCR3064，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

mianxiangmoufeixingtizitaijiaoceshideshijixuyao，yanjiuzitaijiaoceshijishu，tichuyizhongzitaijiaoceshifangan，fenxililunjichu
，zuoshijiceshi，shiyanjieguobiaoming
，gaifangankemanzuxitongshiyongxuqiu