亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        航向姿態(tài)參考系統(tǒng)研究與實踐

        2022-03-04 00:18:12王增勝
        科技創(chuàng)新與應用 2022年4期
        關鍵詞:卡爾曼濾波融合信息

        王增勝

        (黃河科技學院,河南 鄭州 450063)

        航向姿態(tài)參考系統(tǒng)(Attitude Heading and Reference System,簡稱AHRS),是基于MEMS傳感技術(shù)的固態(tài)慣性測量系統(tǒng),通過測量角速率、線加速度和磁場強度來構(gòu)成一個電子穩(wěn)定的姿態(tài)航向參考系統(tǒng),是一種集成智能傳感系統(tǒng)。AHRS廣泛應用于如下領域:

        (1)智能車輛的導航、制導與控制系統(tǒng)的開發(fā);

        (2)雷達天線的穩(wěn)定跟蹤平臺、無人機的吊艙;

        (3)軍用無人車輛上的穩(wěn)瞄系統(tǒng)、坦克上的穩(wěn)瞄系統(tǒng);

        (4)艦艇上衛(wèi)星天線的伺服跟蹤;

        (5)制導彈藥的自動駕駛儀。

        現(xiàn)代的武器系統(tǒng)的發(fā)展,趨于研發(fā)自主化、智能化、網(wǎng)絡化、低成本化和高精度化。精確打擊技術(shù)的前提,是制導武器必須裝備能夠感知自身在地球上的位置、速度和姿態(tài)、時間的裝備和目標跟蹤設備,即各種導航設備和目標搜索、跟蹤用的雷達導引頭、紅外導引頭、激光導引頭等。隨著新概念武器的發(fā)展,微型飛行器、微型機器人將會成為AHRS應用的新領域。除了用于武器、機器人和車輛而外,AHRS也用在了星際探測系統(tǒng)上。地面上的車輛、機器人也需要有一種價格低、性能好的、能夠感知載體姿態(tài)變化的設備,空中的無人機也需要有重量輕、體積小、功耗低、成本低的、能提供無人機飛行姿態(tài)的儀器。

        傳統(tǒng)意義上能夠感知載體的自身位置、速度、姿態(tài)、時間的標準設備就是慣性導航系統(tǒng),分為平臺式慣性導航系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)?;跈C電陀螺和加速度計的慣性導航系統(tǒng)的成本大、體積大、功耗大,不適合在無人機、機器人、水下無人航行器和小型甚至微型飛行器上使用?;诠鈱W陀螺的捷聯(lián)慣導系統(tǒng)現(xiàn)已成為武器系統(tǒng)主要的機載和彈載設備。自1991年在MIT的Draper實驗室研制出第一個微機械陀螺以來,基于MEMS的陀螺和加速度計的性能已大幅提升,價格卻在快速下降。基于MEMS陀螺和加速度計的IMU及組合導航系統(tǒng)已經(jīng)大量裝備美軍。在未來的10~20 a內(nèi),基于MEMS技術(shù)的捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)及以其為主的組合導航系統(tǒng)將占據(jù)大量的國際市場份額。

        AHRS具有潛在的、巨大的市場需求。AHRS可以應用的領域包括無人機、軍用飛機的吊艙無人車輛、動中通系統(tǒng)、機器人、水下航行器和星際探測車。雖然武器系統(tǒng)都裝備有兩套高精度的基于慣性導航的組合導航系統(tǒng),但出于成本的考慮,并不是在每枚炸彈、每架無人機、每枚魚雷上都裝備同樣的組合導航系統(tǒng)。因此,基于MEMS技術(shù)的高性能導航系統(tǒng)或者功能稍少的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)就成為制導彈藥、無人機、微型飛行器、機器人、無人車輛上必備的姿態(tài)、位置感知系統(tǒng)。

        1 基于MEMS的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)

        基于MEMS的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,由傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、單片機、嵌入式計算機等組成。加速度儀、陀螺儀和電子羅盤分別測得直升機的空間三軸的加速度、角速度和偏航角,通過模數(shù)轉(zhuǎn)化器ADC將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,再通過同步串行接口SPI與單片機通訊,單片機通過RS232與計算機通信,并由計算機完成信息融合,得到直升機的航向姿態(tài)信息。

        圖1 航姿參考系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        由于基于MEMS器件的姿態(tài)測量設備易受機動加速度的影響,且傳統(tǒng)測量方法無法消除運動加速度對姿態(tài)測量精度的影響,有學者利用MEMS與GPS結(jié)合,通過GPS進行輔助修正的姿態(tài)解算,規(guī)避了運動加速度對測量精度的影響,同時滿足靜態(tài)和動態(tài)情況的使用。

        2 信息融合算法

        2.1 姿態(tài)的四元數(shù)表示法

        旋轉(zhuǎn)矢量法、歐拉角算法、四元數(shù)法和方向余弦法是常用的姿態(tài)解算方法。其中歐拉角算法可以通過解歐拉角微分方程得到橫滾角、航向角和俯仰角。歐拉角法有個弊端,即當俯仰角在90°附近時,方程將退化,故適用于水平姿態(tài)不大變化的條件下,而不適用于對全姿態(tài)的確定。方向余弦法不存在上述問題,但計算量較大,很少采用。四元素法算法簡單方便,計算量較小,是比較實用的工程方法。但對于高動態(tài)運載體,算法漂移十分嚴重。旋轉(zhuǎn)矢量法的精度一般比四元數(shù)法高,但其計算量較大,多用于經(jīng)常角機動或角振動較大的場合。旋轉(zhuǎn)矢量法可以采用單子樣算法和多子樣算法,當采用單子樣算法時則與四元數(shù)法等效。民航飛機和直升機通常處于低動態(tài)的工作狀態(tài)下,所以一般以四元數(shù)法作為其捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的姿態(tài)更新算法。

        四元數(shù)是由四個元構(gòu)成的數(shù),即:

        式(1)中,q0、q1、q2、q3為實數(shù),i、j、k為單位向量,相互正交,同時是虛單位,因此四元數(shù)是一個超復數(shù),也可看作四維空間的一個向量。

        在求解機體坐標系相對導航坐標系的角位移時,相當于由導航坐標系(n系)一次性等效旋轉(zhuǎn)而成,這種等效旋轉(zhuǎn)的所有信息包含在四元數(shù)Q中,姿態(tài)變換公式如下:

        式(2)中,rb為b系中矢量,rn為b系對n系旋轉(zhuǎn),并在n系中的矢量投影。坐標旋轉(zhuǎn)矩陣具體:

        若已知運載體橫滾角g、航向角γ、俯仰角q時,機體坐標系對導航坐標系等效旋轉(zhuǎn)矩陣也可按如下形式表達:

        式中,q0~q3的符號可以按下式確定,其中的值可以任意假設:

        2.2 信息融合算法

        利用計算機在一定準則下自動分析和綜合多傳感器的信息,從而完成所需的估計和決策的信息處理過程稱為信息融合。信息融合根據(jù)信息的抽象程度包括決策級融合、特征級融合和像素級融合。特征級融合屬于中間層次,是從原始信息中提取特征信息進行融合,以增加重要特征的準確性,或產(chǎn)生新的組合特征,靈活性較大,特征級融合方法有5種,分別是基于搜索的融合法、基于特征抽取的融合法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、邏輯推理法、概率統(tǒng)計法。概率統(tǒng)計法又分為卡爾曼濾波法、加權(quán)平均法和貝葉斯估計法。其中卡爾曼濾波法應用廣泛,是多傳感器信息融合的主要手段之一。用卡爾曼濾波法對加速度計、磁傳感器和陀螺儀進行信息融合,能夠顯著提高姿態(tài)角的解算精度??柭鼮V波算法流程如圖2所示。

        圖2 卡爾曼濾波算法流程

        3 航向姿態(tài)參考系統(tǒng)硬件設計方案

        航向姿態(tài)參考系統(tǒng)硬件設計包括選型、原理圖設計和PCB設計3部分。微處理器選用意法半導體公司STM32F405RGT6芯片。傳感器方面,選用了InvenSense公司的MPU-6000,它內(nèi)部集成了三軸陀螺儀和三軸加速度計,每軸輸出對應一個16位ADC,內(nèi)含可編程低通濾波器。芯片支持IIC和SPI兩種通信方式。磁傳感器采用PNI公司的Sen-R65,由繞線線圈和外殼組成,采用平行電路板安裝。另外,硬件系統(tǒng)設計還包括通信模塊、中斷與定時器模塊、存儲及運算單元等。

        4 結(jié)論

        由基于MEMS的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成入手,分析了航姿的四元數(shù)表示方法,采用卡爾曼濾波算法進行信息融合。圍繞選型確定了航向姿態(tài)參考系統(tǒng)的硬件設計方案。實踐表明,基于上述方案設計的航向姿態(tài)參考系統(tǒng)滿足使用要求。

        猜你喜歡
        卡爾曼濾波融合信息
        村企黨建聯(lián)建融合共贏
        融合菜
        從創(chuàng)新出發(fā),與高考數(shù)列相遇、融合
        《融合》
        基于遞推更新卡爾曼濾波的磁偶極子目標跟蹤
        訂閱信息
        中華手工(2017年2期)2017-06-06 23:00:31
        基于模糊卡爾曼濾波算法的動力電池SOC估計
        基于擴展卡爾曼濾波的PMSM無位置傳感器控制
        展會信息
        中外會展(2014年4期)2014-11-27 07:46:46
        基于自適應卡爾曼濾波的新船舶試航系統(tǒng)
        手机在线看片在线日韩av| 国产激情无码一区二区| 国产又爽又黄又刺激的视频| 一个人在线观看免费视频www| 日日碰狠狠躁久久躁9| 高清午夜福利电影在线| 免费国产黄网站在线观看可以下载| 欧美野外疯狂做受xxxx高潮| 97人妻碰免费视频| 性一交一乱一乱一视频亚洲熟妇 | 午夜成人理论无码电影在线播放 | 日韩AV无码一区二区三不卡| 亚洲国产一区二区三区在线视频| 国产亚洲青春草在线视频| 国产人妖一区二区av| 日韩有码中文字幕在线观看| 午夜毛片不卡免费观看视频| 日韩第四页| 亚洲国产精品色婷婷久久| 亚洲成人福利在线视频| 亚洲精品午夜无码专区| 亚洲一区二区在线| 国产一区二区三区在线观看免费版| 四虎在线中文字幕一区| 亚洲综合av一区二区三区蜜桃| 丰满少妇高潮惨叫久久久一| 久久丫精品国产亚洲av不卡| 激情人妻在线视频| 人妻无码AⅤ中文系列久久免费| 日日麻批视频免费播放器| 精品亚洲一区二区三区四区五区| 疯狂添女人下部视频免费| 亚洲av无码片一区二区三区| 亚洲精品无人区一区二区三区| 丰满少妇一区二区三区专区| 人妻熟女翘屁股中文字幕| 中文字幕人妻被公上司喝醉| 国产亚洲精品A在线无码| 日本女u久久精品视频| 19款日产奇骏车怎么样| 中文字幕在线亚洲日韩6页|