Đánh giá ảnh hưởng của mức độ quan sát được đến độ chính xác xử lý tín hiệu trong bộ đo cao kết hợp quán tính – vô tuyến

Bài viết tiến hành phân tích tiêu chuẩn đánh giá mức độ quan sát được cho các biến trạng thái, nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ quan sát được các biến trạng thái đến độ chính xác đánh giá sai số ước lượng trong xử lý kết hợp tín hiệu của bộ đo cao quán tính- vô tuyến (QT-VT), nhằm nâng cao chất lượng cho phép đo cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đánh giá ảnh hưởng của mức độ quan sát được đến độ chính xác xử lý tín hiệu trong bộ đo cao kết hợp quán tính – vô tuyến Nghiên cứu khoa học công nghệ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA MỨC ĐỘ QUAN SÁT ĐƯỢC ĐẾN ĐỘ CHÍNH XÁC XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG BỘ ĐO CAO KẾT HỢP QUÁN TÍNH – VÔ TUYẾN Phạm Đức Thỏa1*, Nguyễn Quang Vịnh1, Trần Ngọc Hưởng2 Tóm tắt: Trong xử lý kết hợp tín hiệu sử dụng bộ lọc Kalman, thông thường chỉ quan tâm đến tính quan sát được của hệ động học theo tiêu chuẩn Kalman. Trong quá trình xử lý liên kết tín hiệu cần phải biết khả năng quan sát hiệu quả đối với mỗi phần tử véc tơ trạng thái, vấn đề này ảnh hưởng trực tiếp đến đánh giá sai số ước lượng các tham số trong bài toán hiệu chỉnh sai số tích lũy trên kênh cao của hệ thống dẫn đường quan tính. Bài báo tiến hành phân tích tiêu chuẩn đánh giá mức độ quan sát được cho các biến trạng thái, nghiên cứu ảnh hưởng của mức độ quan sát được các biến trạng thái đến độ chính xác đánh giá sai số ước lượng trong xử lý kết hợp tín hiệu của bộ đo cao quán tính- vô tuyến (QT-VT), nhằm nâng cao chất lượng cho phép đo cao. Kết quả nghiên cứu được mô phỏng kiểm chứng cho thấy tính đúng đắn thuật toán đã đề xuất. Từ khóa: Tính quan sát được; Đo cao liên kết; Tiêu chuẩn Kalman. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong thuật toán ước lượng Kalman khi hệ động học quan sát được thì ta phải xem xét mức độ quan sát được như thế nào. Mức độ quan sát được lần đầu tiên được Kalman đề xuất năm 1963, sau đó Р.Г. Браун đưa ra một số khái niệm tiêu chuẩn quan sát được vào năm 1966 [4]. Các nghiên cứu tiếp sau và tiêu chuẩn mức độ quan sát được nhờ các giá trị sai số tương hỗ khi đánh giá các biến véc tơ trạng thái và các sai số quan sát, tuy nhiên việc tính toán cho tiêu chuẩn này còn phức tạp. Tiêu chuẩn đánh giá đơn giản mức độ quan sát được đưa ra năm 1987 đề xuất phải phân tích tạp đo [8]. Đến năm 1994 do В.Н. Афанасьев và К.А. Неусыпин đã đưa ra khái niệm cụ thể xem xét cả hai về độ chính xác ước lượng và phân tích tạp đo, mức độ quan sát được xác định tỷ số phương sai của phần tử bất kỳ của véc tơ trạng thái và phương sai của véc tơ trạng thái được đo trực tiếp có tính tới phương sai của tạp đo [3],[7]. Để khắc phục sai số tích lũy cố hữu trong bộ đo cao quán tính (ĐCQT), tiến hành kết hợp với bộ ĐCQT với bộ đo cao vô tuyến (ĐCVT), trong công trình nghiên cứu [1],[2] cho kết quả khẳng định hiệu quả rõ rệt làm tăng độ chính xác ước lượng các phần tử véc tơ trạng thái của ĐCQT. Tuy nhiên, quá trình xử lý tín hiệu trong bộ QT-VT bằng bộ lọc Kalman không phải tất cả các biến trạng thái lúc nào cũng được quan sát tốt. Để đánh giá mức độ quan sát được của các biến trạng thái tại từng thời điểm xử lý tín hiệu, ta sử dụng tiêu chuẩn đánh giá mức độ quan sát được [6] dựa vào việc hiệu chỉnh các tham số đặc trưng cho cấu trúc của bộ đo cao kết hợp QT-VT trong dải xác định ở điều kiện bay cụ thể. Nâng cao chất lượng xử lý kết hợp tín hiệu đo cao trong bộ đo cao QT-VT trên cơ sở đánh giá sai số ước lượng các biến trạng thái và thời gian quá độ đến hội tụ. 2. CẤU TRÚC CỦA BỘ ĐO CAO QUÁN TÍNH - VÔ TUYẾN ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ QUAN SÁT ĐƯỢC 2.1. Mô hình mẫu tín hiệu sai số đầu vào của bộ đo cao kết hợp QT-VT Sai số đo cao trên đầu ra kênh cao của hệ thống dẫn đường quán tính bao gồm sai số cảm biển, nhiễu và sai số tính toán, trong đó sai số đo gia tốc và sai số theo tốc độ trôi ngẫu nhiên của con quay cần được đánh giá ước lượng, đưa về hiệu chỉnh thường xuyên nếu không sẽ tích lũy lớn dần theo thời gian. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, 4 - 2019 73  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Mô hình sai số ĐCQT sẽ được viết bằng phương trình vi phân đơn giản[5]. H   V   g     2  H  a  g V (1)   R a  .a  u a  g  .g  u g Trong đó:   1 a ,   1 g ; a , g là khoảng tương quan của các sai số  a y  t  và  g  t  ; u a , u g là các dạng nhiễu trắng với kỳ vọng toán học bằng không và hàm tương quan Bua  t   22a ( t  ); Bua  t   22g ( t  ) . Nguyên nhân gây sai số trong xử lý tín hiệu tại đầu ra của ĐCVT chủ yếu vẫn là độ chệch ước lượng (  H vt  t  ) và sai số thăng giáng (  H tg  t  ), trong đó, độ chệch ước lượng độ cao sẽ là quá trình dao động ngẫu nhiên thay đổi chậm  H vt  t  và được thể hiện ở dạng quá trình Markov chuẩn và thỏa mãn phương trình vi phân tuyến tính bậc nhất:   H vt  t    vt H vt  t   u H  t  ; vt (2) trong đó:  vt  1  vt - hằng số tương quan dịch chuyển; τvt - khoảng tương quan dịch chuyển; u  H  t  - tạp trắng hình thành với kỳ vọng toán bằng 0 và hàm tương quan: vt   Bu H    m u Hvt  t  u Hvt  t     2 vt vt2   t    vt Giá trị τvt được xác định bởi các kích thước hình học của mức trung bình bề mặt theo phân bố địa hình khác nhau và tính chất cơ động của thiết bị bay. Như vậy, quá trình làm việc của bộ ĐCQT sẽ cho sai số đầu ra là δHqt(t) v ...