[发明专利]一种姿态检测系统频响特性检测装置及其测试方法

说明书

本发明提供了一种姿态检测系统频响特性检测装置及其测试方法，通过检测系统输出信号幅值随着系统输入模拟姿态系统的正弦运动信号频率的变化所产生的信号衰减来评估姿态检测系统的频响特性。通过改变输入正弦运动信号能够高效、准确的测量姿态检测系统的频响特性，特别是能够在高频段能够明显观察到输出信号的衰减，从而填补了姿态检测系统频响特性测试方法的空白，可以应用在消费电子类产品的测试中。通过对姿态检测系统的频响特性测试，可以掌握系统误差规律，建立误差模型，同时可以发现系统设计中的缺陷，为改进系统提供重要依据。

技术领域

本发明属于磁传感器应用和姿态检测技术领域，涉及一种姿态检测系统频响特性检测装置及其测试方法。

背景技术

随着姿态检测系统在航天军事领域、工业控制领域、民用消费领域的广泛应用，对其频响特性、精度、稳定性、适用条件和成本等多个方面都提出了更高的要求。针对姿态检测系统在高频运动状态下，精度不高的缺陷，例如航空航天领域，飞行器的振动对精度的影响；民用消费领域，无人机受到撞击后，姿态无法及时校准；人体姿态方面，在高速运动过程中，姿态数据失真等等。对姿态检测系统频响特性研究就显得更加重要。目前姿态检测领域中的频响特性测试主要是针对于系统内部的陀螺仪和加速计进行测试，尚未进行整个系统的黑盒子测试，测试设备主要有单轴或多轴速率转台、角振动台、电振动台和离心机等。针对于动态的系统频率特性比较难检测和评估，主要挑战在无法提供高精度和高频带的激励源以及系统内部信号链中存在无法量化的环节。但是系统对控制器会产生直接影响，可以帮助识别潜在稳定性问题，所以为实现高带宽系统设计和应用提供参考依据是非常必要和重要的。可是目前没有较好的频响特性评价方法。为此，本发明技术提出一种系统频响特性评价方法，可以满足姿态检测系统频响特性测试，从而应用于低成本消费电子领域的产品。

本发明提供了一种基于磁传感器的姿态检测系统及其频响特性测试方法。该方法根据系统输出信号幅值会随着输入信号频率的提高而产生衰减现象，来实现系统输入运动信号从低频段到高频段的频响特性测试。本发明对姿态检测系统进行频响特性实验，将系统输出信号通过正弦拟合，与输入运动信号进行对比，发现随着输入信号频率不断提高，输出信号衰减越快，结果表明采用这种方法可以测试姿态检测系统的频响特性测试。

发明内容

本发明的目的就是提供一种姿态检测系统频响特性检测装置及其测试方法。通过获得被测姿态检测系统在有限个频率点上的频率特性，并且获得幅值随频率变化的曲线得到Bode图或Nyquist图，以此判断该系统是否与输入运动信号匹配。

一种姿态检测系统频响特性检测装置包括三维角度传感器开发平台、姿态测试板和上位机(PC)，姿态测试板上集成有六轴IMU(惯性测量单元)、三轴地磁传感器、微处理器、RF无线通信模块和电源管理模块。姿态测试板安装在三维角度传感器开发平台上，三维角度传感器开发平台为沿地理坐标系XYZ轴均能旋转360度的电动平台。

六轴IMU用于采集被测物的加速度、角速率信息，并将采集到的信息传输给微处理器；三轴地磁传感器用于获取被测物所处的磁场信息；微处理器，用于读取六轴IMU采集的数据，并对数据进行滤波融合得到相关姿态角；微处理器通过RF无线通信模块与上位机远程通信，实时输出姿态角；电源管理模块，用于给六轴IMU、三轴地磁传感器、微处理器、RF无线通信模块提供电能；上位机用于显示姿态角。

六轴IMU、三轴地磁传感器通过IIC与微处理器进行通信，微处理器将处理所得的数据通过RF无线通信模块输出到上位机，使上位机直接显示系统的姿态角；上位机能同时显示运载体的横滚角、俯仰角、偏航角，使用户能实时监测运动情况；

基于上述装置，有如下频响特性测试方法：

测试时将上述姿态检测系统的姿态测试板安装在三维角度传感器开发平台上，三维角度传感器开发平台为沿地理坐标系XYZ轴均能旋转360度的电动平台，用于提供姿态检测系统的输入正弦运动信号。