Về một phương pháp xác định tư thế ban đầu cho hệ dẫn đường quán tính không đế ở chế độ la bàn trên đối tượng xe cơ giới
Số trang: 8
Loại file: pdf
Dung lượng: 581.17 KB
Lượt xem: 8
Lượt tải: 0
Xem trước 2 trang đầu tiên của tài liệu này:
Thông tin tài liệu:
Bài viết đề cập tới thuật toán xác định tư thế ban đầu bao gồm hướng bắc thực cho hệ thống dẫn đường quán tính không đế SINS trên vật thể không chuyển động ở chế độ la bàn con quay gyrocompass. Thuật toán được thực hiện theo hai giai đoạn là xác định tư thế ban đầu sơ bộ và xác định tư thế ban đầu chính xác dựa trên các vectơ trạng thái của khối đo lường quán tính IMU.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Về một phương pháp xác định tư thế ban đầu cho hệ dẫn đường quán tính không đế ở chế độ la bàn trên đối tượng xe cơ giới Kỹ thuật điều khiển VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TƯ THẾ BAN ĐẦU CHO HỆ DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH KHÔNG ĐẾ Ở CHẾ ĐỘ LA BÀN TRÊN ĐỐI TƯỢNG XE CƠ GIỚI Vũ Hải Hà*, Hồ Sỹ Dương, Cao Đức Sáng Tóm tắt: Đối với hệ thống dẫn đường quán tính, việc xác định chính xác góc tư thế ban đầu có vai trò vô cùng quan trong, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều hướng sau này của hệ thống. Bài báo đề cập tới thuật toán xác định tư thế ban đầu bao gồm hướng bắc thực cho hệ thống dẫn đường quán tính không đế SINS trên vật thể không chuyển động ở chế độ la bàn con quay gyrocompass. Thuật toán được thực hiện theo hai giai đoạn là xác định tư thế ban đầu sơ bộ và xác định tư thế ban đầu chính xác dựa trên các vectơ trạng thái của khối đo lường quán tính IMU. Kết quả nhận được đã chứng minh tính chính xác của thuật toán. Từ khóa: Alignment; SINS; IMU; Góc định hướng; La bàn. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Theo nghĩa rộng, có thể hiểu việc xác định tư thế của hệ thống dẫn đường quán tính có thể chia thành xác định tư thế ban đầu và xác định tư thế khi vận động. Xác định, hiệu chỉnh góc tư thế ban đầu (initial alignment) của hệ thống dẫn đường quán tính không đế (SINS) là một quá trình quan trọng được thực hiện trước khi đến bước điều hướng thông thường [1], như ta đã biết rằng kết quả xác định, hiệu chỉnh góc ban đầu của hệ thống có tầm quan trọng cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình điều hướng cho hệ thống dẫn đường quán tính. Để bắt đầu các thuật toán trong hệ thống dẫn đường quán tính (SINS), trước tiên cần nhập các điều kiện ban đầu: tọa độ, tốc độ và các tham số hướng đối tượng. Bản chất của việc đưa ra các tham số góc ban đầu là xác định vị trí góc của vật thể so với hệ tọa độ địa lý. Có hai loại phương pháp đưa ra góc ban đầu đó là: xác định góc ban đầu ở chế độ tự trị của SINS và xác định góc ban đầu được lấy từ các nguồn thông tin bên ngoài (ví dụ như: la bàn, máy đo từ trường, hệ thống định vị vệ tinh). Trong chế độ tự trị việc xác định góc ban đầu lấy thông tin đo đầu vào là gia tốc trọng trường của Trái đất, tốc độ góc của Trái đất và tọa độ vật thể từ đó đưa ra giá trị các góc so với hệ tọa độ địa lý OXgYgZg. Vị trí này được mô tả bởi các góc heading ψ0, pitch θ0, roll ϕ0, là các góc cần tìm của bài toán xác định tư thế ban đầu [2]. Về mặt lý thuyết, các phương pháp phân tích, xác định tư thế ban đầu của hệ thống dẫn đường quán tính không đế ở chế độ tự trị có chức năng tương đương với các la bàn con quay vật lý trên các hệ gắn chặt. 2. XÁC ĐỊNH GÓC BAN ĐẦU VỚI SINS GẮN TRÊN VẬT THỂ ĐỨNG YÊN Mục tiêu xác định tư thế ban đầu của SINS trên cơ sở cố định là xác định hướng ban đầu của hệ tọa độ liên kết so với hệ tọa độ dẫn đường bằng cách đọc các cảm biến quán tính (gia tốc kế accelerometer, cảm biến vận tốc góc gyroscopes). Hệ tọa độ dẫn đường (n-frame) OXnYnZn là hệ tọa độ đo đạc cục bộ với tâm của nó trùng khớp với hệ toạ độ của cảm biến quán tính, trục X chỉ về hướng Bắc, trục Y chỉ về hướng Đông, trục Z vuông góc trực giao với mặt phẳng chiếu được hướng xuống dưới (NED) hoặc lên trên (NEU), và trục z xác định theo quy tắc bàn tay phải. Hệ tọa độ dẫn 72 V. H. Hà, H. S. Dương, C. Đ. Sáng, “Về một phương pháp xác định … đối tượng xe cơ giới.” Nghiên cứu khoa học công nghệ đường quay so với hệ tọa độ trái đất tốc độ góc ωe gây ra do chuyển động của phương tiện so với trái đất (hình 1). Hệ tọa độ liên kết là hệ tọa độ gắn liền lấy tâm của vật thể làm tâm gốc hệ tọa độ, từ đó mô tả các chuyển động theo các hướng trước sau, phải trái, lên xuống và các góc quay euler. Là hệ trục toạ độ trực giao tương ứng với các góc euler: góc nghiêng ngang (góc roll ), góc chúc ngóc (góc pitch ) và góc hướng (góc heading ) của phương tiện (hình 2). Hình 1. Hệ tọa độ dẫn đường hay hệ tọa độ địa lý NED n-frame. Hình 2. Hệ tọa độ liên kết b-frame. Thuật ngữ cơ sở cố định có nghĩa là vật thể có gắn SINS đứng yên so với Trái đất. Tọa độ địa lý của vật thể (trùng với điểm O là trọng tâm của vật thể) φ, λ, h, được cho trước với độ chính xác vừa đủ, vận tốc tuyến tính của điểm O so với Trái đất bằng không. Ước lượng sai số vận tốc Ước lượng sai số góc 2state IIR KF The closed- Navigation loop IMU Algorithm Sai số vận tốc Kalman IIR 2state filter KF Hình 3. Sơ đồ hiệu chỉnh góc tư thế ban đầu. Việc xác định góc tư thế ban đầu được thực hiện theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Xác định thô (5-30 giây); Mục đích: Đánh giá sơ bộ các góc định hướng, góc tư thế bằng cách lấy trung bình các giá trị của cảm biến quán tính IMU. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2020 73 Kỹ thuật điều khiển - Giai đoạn 2: Xác định tinh (5-15 phút); Mục đích: Sàng lọc các góc định hướng bằng thuật toán ước lượng động [3]. 2.1. Giai đoạn xác định thô Như ta đã biết ma trận cos ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Về một phương pháp xác định tư thế ban đầu cho hệ dẫn đường quán tính không đế ở chế độ la bàn trên đối tượng xe cơ giới Kỹ thuật điều khiển VỀ MỘT PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH TƯ THẾ BAN ĐẦU CHO HỆ DẪN ĐƯỜNG QUÁN TÍNH KHÔNG ĐẾ Ở CHẾ ĐỘ LA BÀN TRÊN ĐỐI TƯỢNG XE CƠ GIỚI Vũ Hải Hà*, Hồ Sỹ Dương, Cao Đức Sáng Tóm tắt: Đối với hệ thống dẫn đường quán tính, việc xác định chính xác góc tư thế ban đầu có vai trò vô cùng quan trong, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều hướng sau này của hệ thống. Bài báo đề cập tới thuật toán xác định tư thế ban đầu bao gồm hướng bắc thực cho hệ thống dẫn đường quán tính không đế SINS trên vật thể không chuyển động ở chế độ la bàn con quay gyrocompass. Thuật toán được thực hiện theo hai giai đoạn là xác định tư thế ban đầu sơ bộ và xác định tư thế ban đầu chính xác dựa trên các vectơ trạng thái của khối đo lường quán tính IMU. Kết quả nhận được đã chứng minh tính chính xác của thuật toán. Từ khóa: Alignment; SINS; IMU; Góc định hướng; La bàn. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Theo nghĩa rộng, có thể hiểu việc xác định tư thế của hệ thống dẫn đường quán tính có thể chia thành xác định tư thế ban đầu và xác định tư thế khi vận động. Xác định, hiệu chỉnh góc tư thế ban đầu (initial alignment) của hệ thống dẫn đường quán tính không đế (SINS) là một quá trình quan trọng được thực hiện trước khi đến bước điều hướng thông thường [1], như ta đã biết rằng kết quả xác định, hiệu chỉnh góc ban đầu của hệ thống có tầm quan trọng cơ bản ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình điều hướng cho hệ thống dẫn đường quán tính. Để bắt đầu các thuật toán trong hệ thống dẫn đường quán tính (SINS), trước tiên cần nhập các điều kiện ban đầu: tọa độ, tốc độ và các tham số hướng đối tượng. Bản chất của việc đưa ra các tham số góc ban đầu là xác định vị trí góc của vật thể so với hệ tọa độ địa lý. Có hai loại phương pháp đưa ra góc ban đầu đó là: xác định góc ban đầu ở chế độ tự trị của SINS và xác định góc ban đầu được lấy từ các nguồn thông tin bên ngoài (ví dụ như: la bàn, máy đo từ trường, hệ thống định vị vệ tinh). Trong chế độ tự trị việc xác định góc ban đầu lấy thông tin đo đầu vào là gia tốc trọng trường của Trái đất, tốc độ góc của Trái đất và tọa độ vật thể từ đó đưa ra giá trị các góc so với hệ tọa độ địa lý OXgYgZg. Vị trí này được mô tả bởi các góc heading ψ0, pitch θ0, roll ϕ0, là các góc cần tìm của bài toán xác định tư thế ban đầu [2]. Về mặt lý thuyết, các phương pháp phân tích, xác định tư thế ban đầu của hệ thống dẫn đường quán tính không đế ở chế độ tự trị có chức năng tương đương với các la bàn con quay vật lý trên các hệ gắn chặt. 2. XÁC ĐỊNH GÓC BAN ĐẦU VỚI SINS GẮN TRÊN VẬT THỂ ĐỨNG YÊN Mục tiêu xác định tư thế ban đầu của SINS trên cơ sở cố định là xác định hướng ban đầu của hệ tọa độ liên kết so với hệ tọa độ dẫn đường bằng cách đọc các cảm biến quán tính (gia tốc kế accelerometer, cảm biến vận tốc góc gyroscopes). Hệ tọa độ dẫn đường (n-frame) OXnYnZn là hệ tọa độ đo đạc cục bộ với tâm của nó trùng khớp với hệ toạ độ của cảm biến quán tính, trục X chỉ về hướng Bắc, trục Y chỉ về hướng Đông, trục Z vuông góc trực giao với mặt phẳng chiếu được hướng xuống dưới (NED) hoặc lên trên (NEU), và trục z xác định theo quy tắc bàn tay phải. Hệ tọa độ dẫn 72 V. H. Hà, H. S. Dương, C. Đ. Sáng, “Về một phương pháp xác định … đối tượng xe cơ giới.” Nghiên cứu khoa học công nghệ đường quay so với hệ tọa độ trái đất tốc độ góc ωe gây ra do chuyển động của phương tiện so với trái đất (hình 1). Hệ tọa độ liên kết là hệ tọa độ gắn liền lấy tâm của vật thể làm tâm gốc hệ tọa độ, từ đó mô tả các chuyển động theo các hướng trước sau, phải trái, lên xuống và các góc quay euler. Là hệ trục toạ độ trực giao tương ứng với các góc euler: góc nghiêng ngang (góc roll ), góc chúc ngóc (góc pitch ) và góc hướng (góc heading ) của phương tiện (hình 2). Hình 1. Hệ tọa độ dẫn đường hay hệ tọa độ địa lý NED n-frame. Hình 2. Hệ tọa độ liên kết b-frame. Thuật ngữ cơ sở cố định có nghĩa là vật thể có gắn SINS đứng yên so với Trái đất. Tọa độ địa lý của vật thể (trùng với điểm O là trọng tâm của vật thể) φ, λ, h, được cho trước với độ chính xác vừa đủ, vận tốc tuyến tính của điểm O so với Trái đất bằng không. Ước lượng sai số vận tốc Ước lượng sai số góc 2state IIR KF The closed- Navigation loop IMU Algorithm Sai số vận tốc Kalman IIR 2state filter KF Hình 3. Sơ đồ hiệu chỉnh góc tư thế ban đầu. Việc xác định góc tư thế ban đầu được thực hiện theo 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Xác định thô (5-30 giây); Mục đích: Đánh giá sơ bộ các góc định hướng, góc tư thế bằng cách lấy trung bình các giá trị của cảm biến quán tính IMU. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2020 73 Kỹ thuật điều khiển - Giai đoạn 2: Xác định tinh (5-15 phút); Mục đích: Sàng lọc các góc định hướng bằng thuật toán ước lượng động [3]. 2.1. Giai đoạn xác định thô Như ta đã biết ma trận cos ...
Tìm kiếm theo từ khóa liên quan:
Hệ thống dẫn đường quán tính Chế độ la bàn con quay gyrocompass Máy đo từ trường Hệ thống định vị vệ tinh Bộ lọc KalmanTài liệu liên quan:
-
Xây dựng thuật toán tự tổ chức lựa chọn mô hình trong xử lý kết hợp tín hiệu đo cao
10 trang 199 0 0 -
4 trang 155 0 0
-
9 trang 104 0 0
-
Ứng dụng Quaternion và bộ lọc Kalman trong việc ước lượng hướng chuyển động của vật thể bay
7 trang 41 0 0 -
Các phương pháp xử lý tín hiệu đo lường trước và sau bộ biến đổi ADC
5 trang 35 0 0 -
Cấu trúc tích hợp lỏng trong hệ thống INS/GPS sử dụng phép lọc Kalman mở rộng (EKF)
9 trang 28 0 0 -
Ứng dụng bộ lọc kalman xử lý tín hiệu cân động
5 trang 27 0 0 -
Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo giám sát các thông số nước thải từ xa ứng dụng công nghệ IoT
7 trang 24 0 0 -
8 trang 23 0 0
-
8 trang 22 0 0