Überblick über das Testprogramm

1.1  Testzweck

Die Trägheitsmesseinheit (IMU) der Drohne ist ein Kernkomponent für die Gestuerkennung und Positionserklärung der Drohne, deren Messgenauigkeit, Stabilität und dynamische Reaktionseigenschaften die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Flugsteuerung der Drohne direkt bestimmen. Dieses Testprogramm zielt darauf ab, die Leistungsindikatoren der Drohnen-IMU unter statischen und dynamischen Bedingungen durch eine laborkontrollierte Umgebung systematisch zu verifizieren, potenzielle Leistungsfehler umfassend zu untersuchen und präzise und zuverlässige Testdaten für die Auswahl der IMU, die Optimierung des Designs und die Inbetriebnahme des Drohnenflugsteuerungssystems zur Verfügung zu stellen, um sicherzustellen, dass die IMU die Leistungsanforderungen der geplanten Flugmissionen der Drohnen erfüllt.

1.2  Testbereich

Dieses Programm umfasst Labortests für die Kernleistungsparameter der Drohnen IMU, hauptsächlich: statische Präzisionstests (Null-Abweichung, Skalafaktorfehler, Installationsfehler), dynamische Reaktionstests (Winkelgeschwindigkeits-Verfolgungsgenauigkeit, Beschleunigungsverfolgungsgenauigkeit), Umweltanpassungstests (Temperatur, Feuchtigkeitseinwirkung), Stabilitätstests (Langzeitleistung) und Datenausgabekonsistenztests. Das Testobjekt ist ein IMU-Modul mit einem bestimmten Modell von Drohnen, die Testumgebung ist auf eine professionelle Labor-kontrollierte Umgebung beschränkt und keine realen Flugbedingungen im Freien umfasst.

1.3  Referenzkriterien und Grundlagen

Bei der Entwicklung dieses Testprogramms wurden hauptsächlich folgende Kriterien und Grundlagen berücksichtigt:

JJF 1535-2015  Mikroelektromechanische (MEMS) Gyroskopkalibrierungsspezifikationen

JJF 1427-2013  Spezifikationen zur Kalibrierung von Mikroelektromechanischen (MEMS) Kabelbeschleunigungsmessgeräten

GBT 28587-2012  Trägheitsmesseinheit für mobile Messsysteme

GB/T 38996-2020  Allgemeine Anforderungen an Flugsteuerungssysteme für kleine und leichte Zivilflugzeuge

GJB 2426A-2015  Faser-Gyroskop-Prüfmethode

Technisches Handbuch für IMU-Module und Entwurfsanforderungen für Drohnenflugsteuerungssysteme

Relevante Spezifikationen für die Prüfung von Trägheitsnavigationsgeräten in der Luft- und Raumfahrt

Prüfumgebung und Ausrüstung

2.1  Laborumweltanforderungen

Um die Genauigkeit und Stabilität der Testdaten zu gewährleisten, muss die Laborumgebung folgende Bedingungen erfüllen:

Temperatur: (20 ± 5) ℃

Relative Luftfeuchtigkeit: ≤85% RH, keine Kondensation

Vibration: ≤0.1g, um äußere Vibrationsstörungen zu vermeiden

Elektromagnetische Umgebung: Erfüllt die Anforderungen von GB / T 17618-2015, fern von starken elektromagnetischen Störungen

Stromversorgung: stabiler Wechselstrom 220V ± 10%, Frequenz 50Hz ± 1Hz, mit unterbrechungsfreier Stromversorgung (UPS)

2.2  Liste der Kernprüfungsgeräte

Die Prüfgeräte müssen metrologisch kalibriert und während der Gültigkeitsdauer, die spezifische Liste und Anwendungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

III. Testinhalt und Schritte

3.1  Vorbereitung vor dem Test

1.  Prüfung der Ausrüstung: Bestätigen Sie, dass alle Testgeräte mit normaler Stromversorgung versorgt sind, messlich kalibriert sind und innerhalb der Gültigkeitsdauer sind; Überprüfen Sie den Betriebszustand von Geräten wie Drehtischen, Vibrationstischen und anderen, um sicherzustellen, dass keine ungewöhnlichen Geräusche oder Kartons auftreten.

2.  Umgebungsbestätigung: Regeln Sie die Labortemperatur und die relative Luftfeuchtigkeit auf den Bereich der Testanforderungen, um sicherzustellen, dass die Umgebung keine offensichtlichen Vibrationen und elektromagnetischen Störungen hat.

3.  IMU-Installation und -Verbindung: Durch die Installation von Werkzeugen wird die IMU präzise an der Testplattform befestigt und die IMU-Stromkabel und -datenkabel angeschlossen, um eine feste Verbindung und einen guten Kontakt sicherzustellen; Kommunizieren Sie die Datenerfassungskarte mit der Testsoftware am Computer und konfigurieren Sie die Parameter (Abtastrate, Datenformat usw.).

4.  Vorwärmung und Initialisierung: Stromversorgung und Vorwärmung der IMU mit einer Vorwärmzeit von nicht weniger als 30 Minuten; Starten Sie das IMU-Initialisierungsprogramm und stellen Sie nach der Kalibrierung sicher, dass die Ausgabedaten der IMU stabil sind (keine Sprünge, außergewöhnliche Werte).

3.2  Statische Präzisionsprüfungen

Statische Präzisionsprüfungen sind entwickelt, um die Messfehler der IMU im Stillstand zu überprüfen, wobei die Kernparameter der Prüfung Gyroskopabweichung, Beschleunigungsmessabweichung, Skalierfaktorfehler und Installationsfehler umfassen.

3.2.1  Gyroskop-Zero-Partition-Test

1.  Befestigen Sie die IMU am horizontalen Testtisch, um sicherzustellen, dass die empfindliche Achse der IMU parallel zur horizontalen Oberfläche ist und keine Winkelverschiebung stimuliert wird.

2.  Starten Sie das Datenerfassungssystem, setzen Sie die Abtastrate auf 100Hz ein und erfassen Sie kontinuierlich IMU-Drehachs-Gyroskopausgangsdaten mit einer Erfassungsdauer von 2 Stunden.

3.  Nachdem die Erfassung abgeschlossen ist, werden die Daten verarbeitet: Abweichungswerte beseitigt (mit dem 3σ-Kriterium) und der Durchschnitt und die Standardabweichung der dreiachigen Gyroskopausgabedaten berechnet, wobei der Durchschnitt eine Gyroskopabweichung von null ist.

4.  Erfassen Sie die Testdaten, vergleichen Sie sie mit den Null-Abweichungsindikatoren, die im technischen Handbuch des Produkts festgelegt sind, um zu beurteilen, ob sie geeignet sind.

3.2.2  Zero-Partial-Test des Beschleunigungsmessers

1.  Halten Sie die IMU im Stillstand und passen Sie die IMU-Position an, so dass sich das Drei-Achs-Beschleunigungsmesser in drei Positionen horizontal, vertikal nach oben und vertikal nach unten befindet (jede Position gewährleistet, dass die IMU 5 Minuten lang stabil ist).

2.  Die Ausgabedaten des IMU-Drei-Achs-Beschleunigungsmessgerätes werden kontinuierlich bei einer Abtastrate von 100 Hz bei jeder Geste erfasst und dauern jeweils 30 Minuten.

3.  Datenverarbeitung: Berechnen Sie nach der Beseitigung der Ausnahmewerte den Durchschnittswert der Ausgabedaten des Beschleunigungsmessers in jeder Geste; Anhand des Standardwertes für die Schwerkraftbeschleunigung (9,80665m/s2) wird die Abweichung des Beschleunigungsmessgeräts Null berechnet (Abweichung vom Messwert gegenüber dem theoretischen Wert).

4.  Erfassen Sie null Abweichungsdaten in jeder Position, um zu überprüfen, ob die Anforderungen des Indikators erfüllt werden.

3.2.3  Skala-Faktor-Fehler-Test

1.  Gyroskopmaßstabsfaktor-Test: Fixieren Sie die IMU an einem hochpräzisen Drehtisch, so dass die Drehachse des Drehtisches mit einer bestimmten gyroskopempfindlichen Achse der IMU übereinstimmt; Setzen Sie den Drehtisch mit unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeiten (z. B. 5 ° / s, 10 ° / s, 20 ° / s, 50 ° / s, 100 ° / s) gleichmäßig drehen, im Bereich der Winkelgeschwindigkeit in positiver und umgekehrter Richtung, jeweils nicht weniger als 11 Winkelgeschwindigkeitspunkte, jede Winkelgeschwindigkeit läuft stabil für 1 Minute und erfasst IMU-Gyroskopausgabedaten. Ersetzen Sie die anderen zweiachsempfindlichen Achsen und wiederholen Sie den oben genannten Test.

2.  Test des Skalierfaktors des Beschleunigungsmessers: Fixieren Sie die IMU an dem Drehtisch, so dass die Drehtisch-Drehachse mit einer bestimmten Beschleunigungsmesser-empfindlichen Achse der IMU übereinstimmt; Drehen Sie den Drehtisch in Richtung positiv und umgekehrt in Winkelzunahmen θ = 360/n und erfassen Sie den Ausgangswert des Beschleunigungsmessers an jeder Winkelposition. Ersetzen Sie die anderen zweiachsempfindlichen Achsen und wiederholen Sie den oben genannten Test.

3.  Datenverarbeitung: Berechnen Sie den Skalafaktorfehler (Abweichung von den passenden Werten und dem theoretischen Skalafaktor) mit einer Minimum-Zwei-Multiplikation der Skalafaktorkurve, basierend auf dem Standard-Anreizwert, den der Umschaltstisch einstellt, und dem tatsächlichen Ausgabewert der IMU.

4.  Aufzeichnen Sie die Fehler der Skalierfaktoren der Achsen und beurteilen Sie, ob die Anforderungen des Indikators erfüllt werden.

3.2.4  Installationsfehlertest

1.  Fixieren Sie die IMU am Drehtisch, um durch die Installation des Werkzeugs sicherzustellen, dass das IMU-Koordinatensystem zunächst mit dem Drehtisch-Koordinatensystem ausgerichtet ist; Setzen Sie den Drehtisch um die X-, Y- und Z-Achsen in kleinen Winkeln (±5°) und halten Sie jeden Schritt für 30 Sekunden, um die IMU-Drehachs-Gyroskopausgabedaten zu erfassen.

2.  Auf der Grundlage des tatsächlichen Drehwinkels des Drehtisches und der Ausgangswinkeldaten der IMU wird ein Installationsfehlermodell erstellt, um den Installationsfehlerwinkel durch eine Mindestmultiplikation von zwei zu lösen.

3.  Die Installationsfehlerdaten werden aufgezeichnet. Wenn der Fehler den zulässigen Bereich überschreitet, muss das Installationsgerät neu angepasst und erneut getestet werden.

3.3  Dynamischer Reaktionstest

Der dynamische Reaktionstest soll die Nachverfolgungsgenauigkeit und Reaktionsgeschwindigkeit der IMU unter dynamischen Anreizen überprüfen. Die Kernparameter des Tests umfassen Winkelrate-Nachverfolgungsfehler, Beschleunigungsverfolgungsfehler und dynamische Reaktionszeit.

3.3.1  Gyroskop-Dynamik-Tracking-Test

1.  Fixieren Sie die IMU an dem Drehtisch, so dass die Drehtisch-Drehachse mit der IMU-Gyroskop-empfindlichen Achse übereinstimmt; Starten Sie den Drehtisch und laufen Sie gemäß der vorgegebenen dynamischen Anregungskurve (z. B. Stufen, Sinus, Dreieckswellen), Stufenwinkelgeschwindigkeitsbereich: 0 ~ 100 ° / s, Sinuswinkelgeschwindigkeitsbereich: 0 ~ 50 ° / s, Frequenz: 0,1 ~ 10 Hz.

2.  Das Datenerfassungssystem wird synchron gestartet, um die Benchmark-Winkelgeschwindigkeitsdaten und die IMU-Gyroskopausgangsdaten zu erfassen, wobei die Abtastrate auf 1 kHz eingestellt ist.

3.  Datenverarbeitung: Vergleich der Ausgangsdaten der IMU mit den Benchmarkdaten der Umstellungsstelle und Berechnung der dynamischen Verfolgungsfehler (Spitzenfehler, mittlere Quadratwurzelfehler); Berechnen Sie dynamische Reaktionsparameter wie die Anstiegszeit des Gyroskops, die Anpassungszeit und andere anhand einer stufenförmigen Reaktionskurve.

4.  Ersatz der anderen zweiachsempfindlichen Achsen, Wiederholung der oben genannten Tests und Aufzeichnung der dynamischen Leistungsdaten für jede Achse.

3.3.2  Dynamische Verfolgungsprüfung des Beschleunigungsmessers

1.  Fixieren Sie die IMU an einem Schwingtisch, wobei die Richtung der Verlierer-Benchmark-Achse (IRA) parallel zur Schwingungsrichtung des Schwingtisches ist; Starten Sie den Vibrationstisch und laufen Sie gemäß der vorgegebenen dynamischen Anregungskurve (Schritt, Sinus), Schrittbeschleunigungsbereich: 0 ~ 20g, Sinusbeschleunigungsbereich: 0 ~ 10g, Frequenz: 0,1 ~ 50Hz.

2.  Synchronisierte Erfassung der Benchmarkbeschleunigungsdaten des Vibrationsstands und die Ausgabe der IMU-Beschleunigungsmessdaten mit einer Probenaufnahme von 1 kHz.

3.  Datenverarbeitung: Vergleich beider Daten und Berechnung dynamischer Verfolgungsfehler (Spitzenfehler, mittlere Quadratwurzelfehler); Berechnen Sie dynamische Reaktionsparameter wie die Anstiegszeit und die Anpassungszeit des Beschleunigungsmessers mittels einer stufenförmigen Reaktionskurve.

4.  Ersatz der anderen zweiachsempfindlichen Achsen, Wiederholung der oben genannten Tests und Aufzeichnung der dynamischen Leistungsdaten für jede Achse.

3.4  Umweltanpassungstest

Umgebungsanpassungstests zielen darauf ab, die Leistungsstabilität der IMU unter unterschiedlichen Temperaturen und Luftfeuchtigkeiten zu überprüfen, wobei der Schwerpunkt auf den Einfluss der Temperatur auf die Genauigkeit der IMU liegt.

3.4.1  Tieftemperaturtests

1.  Setzen Sie das Testgerät mit IMU in den Hoch- und Niedrigtemperatur-Nass-Hitze-Testraum und verbinden Sie das Stromkabel und das Datenkabel (stellen Sie sicher, dass das Kabel mit der Tür des Testraums geschlossen wird).

2.  Setzen Sie die Prüfkammertemperatur auf die untere Betriebstemperatur der IMU und isolieren Sie bis zur stabilen Ausgabe der IMU.

3.  Bei niedrigen Temperaturen werden die Kernprojekte des statischen Präzisionstests von 3,2 und des dynamischen Reaktionstests von 3,3 wiederholt (Gyroskop-Zero, Beschleunigungsmesser-Zero, Stufenverfolgungsfehler), um Testdaten zu erfassen und zu erfassen.

4.  Nachdem der Test abgeschlossen ist, wird die Prüfkammertemperatur auf Raumtemperatur zurückgesetzt und 30 Minuten gelassen, um zu beobachten, ob die Ausgangsdaten der IMU wieder normal sind.

3.4.2  Hochtemperaturumweltprüfung

1.  Setzen Sie die Prüfkammertemperatur auf die oberste Betriebstemperatur der IMU und isolieren Sie bis zur stabilen Ausgabe der IMU.

2.  Die Kernprojekte des statischen Genauigkeitstests 3,2 und des dynamischen Reaktionstests 3,3 werden unter hohen Temperaturen wiederholt und Testdaten erfasst und aufgezeichnet.

3.  Nachdem der Test abgeschlossen ist, wird die Prüfkammertemperatur auf Raumtemperatur zurückgesetzt und 30 Minuten gelassen, um zu beobachten, ob die Ausgangsdaten der IMU wieder normal sind.

3.5  Stabilitätsprüfung (Langzeitarbeitsprüfung)

1.  Stellen Sie die IMU in einer Standard-Laborumgebung (20 ° C ± 5 ° C, ≤ 85% RH) und fixieren sie an einem horizontalen Testtisch, um eine stabile Stromversorgung und eine normale Datenübertragung sicherzustellen.

2.  Starten Sie die IMU und erwärmen Sie sie für 30 Minuten vor und setzen Sie das Datenerfassungssystem ein, um die IMU-Ausgangsdaten kontinuierlich mit einer Abtastrate von 100 Hz zu erfassen, die eine Erfassungszeit von 12 Stunden beträgt.

3.  Datenverarbeitung: Alle 30 Minuten extrahieren Sie Gyroskop- und Beschleunigungsmessdaten, um den Trend der Daten im Laufe der Zeit zu analysieren; Berechnen Sie den maximalen Schwankungsbereich der Daten innerhalb von 12 Stunden, um die Stabilität der IMU bei langen Arbeitsstunden zu überprüfen.

3.6  Datenausgabekonsistenztest

1.  Wählen Sie drei IMU-Proben des gleichen Modells aus und führen Sie jeweils 3,2 statische Präzisionstests unter der gleichen Laborumgebung, der gleichen Prüfausrüstung und den gleichen Prüfparametern durch.

2.  Erfassung und Aufzeichnung von Kerndaten wie Gyroskopabweichung, Beschleunigungsmessabweichung und Skalierfaktorfehler von drei IMUs.

3.  Berechnen Sie den Variationskoeffizienten (Standardabweichung/Durchschnittswert) für 3 IMUs mit demselben Parameter und überprüfen Sie die Ausgangskonsistenz eines IMU-Produkts des gleichen Modells.

4. Datenverarbeitung und Bewertungskriterien

4.1  Datenverarbeitungsmethoden

?  Beseitigung von Abweichungen: Beseitigung von Abweichungen aus den Testdaten mit dem 3σ-Kriterium, um die Gültigkeit der Daten zu gewährleisten.

?  Berechnung der Genauigkeitsindikatoren: Null Abweichungen werden anhand der Mittelwertmethode berechnet, die Skalafaktorfehler werden anhand der Mindestzweimalizierungsanpassung berechnet, und die Verfolgungsfehler werden anhand des Spitzenfehlers und des Durchschnitts-Quadratwurzelfehlers (RMSE) berechnet.

?  Datenvisualisierung: Veränderungen in der IMU-Leistung können intuitiv dargestellt werden, indem Testsoftware Datenkurven (z. B. Null-Bias-Zeitveränderungskurven, dynamische Tracking-Kontrastkurven) zeichnet.

?  Wiederholungsverifizierung: Durchführen Sie drei wiederholte Tests für dasselbe Testobjekt, um die wiederholten Fehler der Testergebnisse zu berechnen und sicherzustellen, dass die Testdaten zuverlässig sind.

4.2  Bestimmungskriterien

Gemäß dem technischen Handbuch des IMU-Produkts und den Anforderungen an die Konstruktion des Flugsteuerungssystems für Drohnen werden die folgenden Kernleistungsindikatoren festgelegt (die auf die tatsächlichen Produktparameter angepasst werden können):

Wenn alle Testdaten die oben genannten Anforderungen erfüllen, wird der IMU-Labortest als geeignet bestimmt; Wenn eine der Anforderungen nicht erfüllt wird, müssen die Ursachen analysiert werden (z. B. Installationsfehler, Gerätestörungen, IMU-Fehler usw.) und erneut getestet werden.

V. Testsicherheit und Vorsichtsmaßnahmen

Betriebssicherheit der Geräte: Der Bediener muss sich mit den Betriebsspezifikationen der einzelnen Testgeräte vertraut machen und die Geräte streng im Einklang mit den Betriebsprozessen starten und betreiben; Während des Betriebs des Drehtisches und des Vibrationstisches ist es verboten, in der Nähe der Dreh- / Vibrationsstellen der Geräte zu kommen, um mechanische Schäden zu vermeiden.

Elektrische Sicherheit: Stellen Sie sicher, dass alle Testgeräte gut geerdet sind, um Leckagen zu vermeiden; Bevor Sie das Kabel anschließen oder entfernen, müssen Sie die Stromversorgung des Geräts abschalten, um zu verhindern, dass ein Kurzschluss das Gerät oder das IMU-Modul beschädigt.

Temperatur- und Feuchtigkeitsprüfsicherheit: während des Betriebs der Hoch- und Kryotemperatur-Prüfkammer ist es verboten, die Tür des Kastens willkürlich zu öffnen, um zu vermeiden, dass die Temperaturunterschiede zu großen Verbrennungen / Gefrierverletzungen verursachen; Nach Abschluss der Prüfung muss die Temperatur in der Wartezeit wieder auf Raumtemperatur zurückgesetzt werden, bevor die Prüfprobe entnommen wird.

Datensicherheit: Speicherung von Testdaten in Echtzeit während des Testprozesses und regelmäßige Sicherung von Datendateien; Nach Abschluss des Tests werden die Daten klassifiziert, um sicherzustellen, dass die Daten zurückverfolgbar sind.

Wartung der Geräte: Nach Abschluss des Tests schalten Sie alle Testgeräte aus und reinigen Sie den Oberflächenstaub der Geräte; Regelmäßige Schmierung und Kalibrierung von Drehtischen und Vibrationstischen, um den langfristigen stabilen Betrieb der Geräte zu gewährleisten.

6. Erstellung des Testberichts

Nach Abschluss des Tests muss ein detaillierter Testbericht des Drohnen-IMU-Labors erstellt werden, der folgende Inhalte enthält:

Überblick über die Tests: einschließlich des Testzwecks, des Testbereichs, der Testgrundlage, der Testumgebung usw.

Prüfgeräte: Liste der Modelle, Spezifikationen, Messkalibrierungen usw. aller Prüfgeräte.

Testprozess: Detaillierte Beschreibung der Testschritte, der Einstellungen der Testparameter usw.

Testdaten: Sortieren und präsentieren Sie die Rohdaten, Nachbearbeitungsdaten und Datenkurven der einzelnen Testprojekte.

Ergebnisanalyse: Vergleich der Testdaten mit den Anforderungen an die Konformitätsindikatoren zur Analyse der IMU-Leistung; Eine Ursachenanalyse und Verbesserungsvorschläge für Probleme, die im Test festgestellt wurden.

Testschlussfolgerung: Bestimmen Sie eindeutig, ob der IMU-Labortest geeignet ist.

Zubehör: einschließlich Original-Prüfdaten, Kalibrierungszertifikate für Prüfgeräte, Testfotos vor Ort usw.