Xây dựng thuật toán dẫn đường trên cơ sở kết hợp INS/GPS cho đạn pháo phản lực kiểu 9M22Y có điều khiển

Bài viết trình bày một phương pháp xác định tham số dẫn đường và định hướng cho đạn pháo phản lực cải tiến sử dụng thuật toán kết hợp INS/GPS. Đối tượng nghiên cứu là đạn pháo phản lực kiểu 9M22Y được cải tiến thành đạn có điều khiển với khoang điều khiển lắp ở phần đầu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng thuật toán dẫn đường trên cơ sở kết hợp INS/GPS cho đạn pháo phản lực kiểu 9M22Y có điều khiển Nghiên cứu khoa học công nghệ XÂY DỰNG THUẬT TOÁN DẪN ĐƯỜNG TRÊN CƠ SỞ KẾT HỢP INS/GPS CHO ĐẠN PHÁO PHẢN LỰC KIỂU 9M22Y CÓ ĐIỀU KHIỂN Nguyễn Trọng Yến*, Nguyễn Sỹ Long, Trần Ngọc Quý, Nguyễn Văn Khối Tóm tắt: Bài báo trình bày một phương pháp xác định tham số dẫn đường và định hướng cho đạn pháo phản lực cải tiến sử dụng thuật toán kết hợp INS/GPS. Đối tượng nghiên cứu là đạn pháo phản lực kiểu 9M22Y được cải tiến thành đạn có điều khiển với khoang điều khiển lắp ở phần đầu. Từ khóa: Đạn pháo phản lực; Khoang điều khiển; Hệ thống dẫn đường; Thuật toán kết hợp INS/GPS. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong kết quả nghiên cứu của bài báo [1], nhóm tác giả đã xây dựng được mô hình động lực học ở trong và ngoài ống phóng của đạn cải tiến 9M22Y với khoang điều khiển lắp ở phần đầu, đồng thời đã xây dựng được luật điều khiển đạn cải tiến theo hai phương pháp dẫn. Để đảm bảo được độ chính xác điều khiển đạn đến điểm gặp nhóm tác giả đưa ra yêu cầu về độ chính xác của các tham số dẫn đường như sau: so với hệ tọa độ dẫn đường sai lệch về vị trí theo các trục là ≤ 5 m, sai lệch về vận tốc theo các trục là ≤ 0,4 m/s; sai lệch các góc định hướng (góc hướng, góc cren và góc chúc ngóc) là ≤ 10 độ. Đối tượng nghiên cứu của bài báo là một thiết bị mới (đạn 9M22Y cải tiến), điểm khác biệt lớn của đạn 9M22Y so với các thiết bị bay thông dụng là có gia tốc phản lực lớn, vận tốc cực đại lớn và quay quanh trục dọc trong quá trình bay. Trên thế giới chưa có công bố về giải pháp dẫn đường cho loại thiết bị này. Bài báo này sẽ trình bày một giải pháp xác định các tham số dẫn đường và định hướng đạn pháo phản lực 9M22Y khi lắp thêm khoang điều khiển dựa trên cơ sở xử lý thông tin kết hợp giữa hệ thống dẫn đường quán tính (INS) và dẫn đường vệ tinh (GPS) đảm bảo độ chính xác như đã nêu ra ở trên. 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐƯỜNG KẾT HỢP INS/GPS 2.1. Xây dựng mô hình toán INS Để tiến hành xây dựng mô hình toán cho hệ thống INS, nhóm tác giả sử dụng các hệ trục tọa độ đã được định nghĩa trong bài báo [1- hình 3]. Thiết bị đo trong hệ dẫn đường quán tính INS là bộ gia tốc kế và bộ cảm biến vận tốc góc. Do hệ thống dẫn đường quán tính kết hợp GPS được đặt trên khoang điều khiển của đạn nó đo gia tốc dài và vận tốc góc trong hệ tọa độ gắn liền với khoang điều khiển, tức là hệ tọa độ O1x1y1z1. Theo [1], các giá trị của cảm biến gia tốc f1 = [fx1, fy1, fz1] đặt trên các trục của hệ tọa độ liên kết với khoang điều khiển O1x1y1z1 được xác định theo công thức: f1  a1  g (1) Trong đó, a1 và g - gia tốc tâm khối khoang điều khiển và gia tốc trọng trường. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 207  Tên lửa & Thiết bị bay Sử dụng ma trận cô sin chỉ phương từ hệ tọa độ mặt đất sang hệ tọa độ liên kết để xác định các thành phần cảm biến gia tốc. Theo đó, phương trình (1) được viết lại dưới dạng sau:  f x1    a1x       g  0   1    f y1   Ag _ b    a1 yg     g   (2)       f z1    a1zg  0      Trong đó, A1g _ b - ma trận cô sin chỉ phương từ hệ tọa độ mặt đất Ogxgygzg sang hệ tọa độ liên kết với khoang điều khiển O1x1y1z1. Các giá trị cảm biến gia tốc kế và vận tốc góc theo các mô hình toán học xác định trong bài báo [1] là các giá trị lý tưởng. Trên thực tế, chỉ số cảm biến luôn chứa nhiễu ảnh hưởng đến giá trị đo được của nó. Thông thường, đối với các cảm biến có độ chính xác trung bình, trong bảng dữ liệu do nhà sản xuất đưa ra thường đi kèm các tham số về nhiễu. Các nhiễu này thông thường là: nhiễu tạp;độ trôi của cảm biến. Nhiễu tạp được đưa ra thông thường là các nhiễu tạp trắng có quy luật phân bố chuẩn hay còn gọi là quy luật phân bố Gausse, tức là: w f N (0,  2f ); w1 N (0,  2 ) Trong đó, w – nhiễu trắng có giá trị trung bình µ = 0 và giá trị trung bình bình phương σ2. Độ trôi của cảm biến thông thường được mô phỏng là tổng hợp của thành phần không đổi và giá trị ngẫu nhiêu theo quy luật phân bố Gausse, tức là: b f  wb f ; b  wb Do đó, chỉ số của cảm biến được xác định theo công thức: f  f  b  w 1 1 f f (3) 1  1  b  w Trong đó, f1 và 1 - giá trị đo được từ cảm biến gia tốc kế và cảm biến vận tốc góc; f1 và 1 - giá trị lý tưởng của cảm biến khi không tính đến nhiễu; b f và b - độ trôi của cảm biến; w f và w - nhiễu tạp trắng. Từ các chỉ số đo được từ bộ cảm biến, hệ dẫn đường quán tính giải quyết bài toán định vị và dẫn đường theo thuật toán sau. Thông tin về vị trí của hệ tọa độ liên kết so với hệ tọa độ mặt đất được xác định thông qua các tham số quaternion của phương trình Rodriga – Hamiton. Khi bỏ qua sự quay của hệ tọa độ mặt đất, hệ phương trình vi phân xác định các tham số Hamiton được viết dưới dạng sau: 1 q  (q )  1 (4) 2 Ở dạng khai triển, (148) được viết lại như sau: 208 N. T. Yến, …, N. V. Khối, “Xây dựng thuật toán dẫn đường ... 9M22Y có điều khiển.” Nghiên cứu khoa học công nghệ  q1   q2 q3  q4     q    x1  2   1  q1 ...