Xây dựng thuật toán xác định tham số dẫn đường cho vũ khí chống ngầm

Bài báo trình bày phương pháp ứng dụng bộ lọc Kalman phi tuyến mở rộng để xây dựng thuật toán xác định tham số dẫn đường cho vũ khí chống ngầm thả từ máy bay trên cơ sở kết hợp thông tin của thiết bị dẫn đường quán tính (gia tốc kế, con quay tốc độ góc) với từ kế, vận tốc kế và cảm biến áp suất khi chuyển động rơi cùng dù trong khí quyển và khi chuyển động trong môi trường nước.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng thuật toán xác định tham số dẫn đường cho vũ khí chống ngầm Nghiªn cøu khoa häc c«ng nghÖ X©Y DùNG THUËT TO¸N X¸C ®ÞNH THAM Sè DÉN ®­êng CHO vò khÝ chèng NGÇM TR­¬NG DUY TRUNG, NGUYÔN QUANG VÞNH Tãm t¾t: Bµi b¸o tr×nh bµy ph­¬ng ph¸p øng dông bé läc Kalman phi tuyÕn më réng ®Ó x©y dùng thuËt to¸n x¸c ®Þnh tham sè dÉn ®­êng cho vò khÝ chèng ngÇm th¶ tõ m¸y bay trªn c¬ së kÕt hîp th«ng tin cña thiÕt bÞ dÉn ®­êng qu¸n tÝnh (gia tèc kÕ, con quay tèc ®é gãc) víi tõ kÕ, vËn tèc kÕ vµ c¶m biÕn ¸p suÊt khi chuyÓn ®éng r¬i cïng dï trong khÝ quyÓn vµ khi chuyÓn ®éng trong m«i tr­êng n­íc. Tõ khãa: Bé läc Kalman phi tuyÕn, Con quay tèc ®é gãc, Tõ kÕ, Gia tèc kÕ, VËn tèc kÕ, C¶m biÕn ¸p suÊt. 1. §ÆT VÊN §Ò Vò khÝ chèng ngÇm (ASWs) th¶ tõ m¸y bay ho¹t ®éng trong thêi gian ng¾n vµ kh«ng gian hÑp nªn hÖ täa ®é ®Þa lý OX 0Y0 Z 0 n¬i m¸y bay th¶ vò khÝ chèng ngÇm cã thÓ xem lµ hÖ täa ®é dÉn ®­êng. HÖ täa ®é g¾n liÒn Gb X bYb Z b cã t©m trïng víi t©m träng lùc Gb (h×nh 1). H×nh 1. HÖ täa ®é tham chiÕu cho ASWs. Ma trËn C«sin ®Þnh h­íng gi÷a hÖ täa ®é g¾n liÒn vµ hÖ täa ®é ®Þa lý ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua 4 sè Rodrig-Hamilton 0 , 1 , 2 , 3 nh­ sau [3]:  202  212  1 212  20 3 213  20 2    (1) Cbn   212  20 3 202  222  1 22 3  20 1   213  20 2 22 3  20 1 20  23  1 2 2 C¸c sè Rodrig-Hamilton 0 , 1 , 2 , 3 ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c¸ch gi¶i c¸c ph­¬ng tr×nh [3]: 2  - p -  q -  r 0 1 2 3 21  0 p - 3q  2 r (2) 2   p   q -  r 2 3 0 1 23  -2 p  1q  0 r trong ®ã, p, q , r lµ c¸c thµnh phÇn tèc ®é gãc quay tuyÖt ®èi cña hÖ täa ®é g¾n liÒn. Tõ viÖc x¸c ®Þnh ®­îc ma trËn C«sin ®Þnh h­íng Cbn sÏ x¸c ®Þnh ®­îc thµnh phÇn gia tèc trong hÖ täa ®é ®Þa lý [3]: f  Cbn ab (3) T trong ®ã, f  [ f N , f E , f D ] lµ thµnh phÇn cña vÐc t¬ gia tèc trong hÖ täa ®é ®Þa lý; ab  [ abx , aby , abz ]T lµ chØ sè cña gia tèc kÕ trong hÖ täa ®é g¾n liÒn. VËn tèc t©m khèi cña ASWs trong hÖ täa ®é ®Þa lý ®­îc x¸c ®Þnh [3]: V  f ; V  f ; V  f  g N N E E D D (4) Täa ®é t©m khèi cña ASWs trong hÖ täa ®é ®Þa lý ®­îc tÝnh [3]: x  VN ; y  VE ; z  VD (5) T¹p chÝ Nghiªn cøu KH&CN qu©n sù, Sè 31, 06 - 2014 117  §iÒu khiÓn & Tù ®éng hãa C¸c gãc ®Þnh h­íng cña ASWs ®­îc x¸c ®Þnh th«ng qua c¸c tham sè Rodrig-Hamilton [3]:  2   20 3   2   2     arctg  12 2 2  ;    arcsin(213  20 2 );   arctg  22 3 2 0 1  (6)  20  21  1   20  23  1  Tuy nhiªn c¸c con quay vi c¬ ®o thµnh phÇn tèc ®é gãc thùc tÕ th­êng cho c¸c gi¸ trÞ tham sè ®o ®­îc bao gåm thµnh phÇn tèc ®é quay thùc céng víi ®é tr«i vµ nhiÔu, gia tèc kÕ cho gi¸ trÞ ®o bao gåm gia tèc chuyÓn ®éng vµ nhiÔu:  p  p  bp  w1 ; q  q  bq  w2 ; r  r  br  w3 , (7) a x  abx  w4 ; a y  aby  w5 ; az  abz  w6 , (8) trong ®ã, bp , bq , br lµ c¸c tham sè biÕn ®æi chËm thÓ hiÖn ®é tr«i cña con quay vµ w1 , w2 , w3 , w4 , w5 , w6 lµ c¸c nhiÔu ®o th­êng cã d¹ng t¹p tr¾ng (nhiÔu Gauss). ViÖc gi¶i c¸c ph­¬ng tr×nh trªn trong ®iÒu kiÖn con quay vi c¬ vµ gia tèc kÕ cho gi¸ trÞ ®o nh­ ph­¬ng tr×nh (7), (8) sÏ cho sai sè vµ sai sè nµy t¨ng theo thêi gian. §Ó kh¾c phôc vÊn ®Ò trªn thùc tÕ cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau [1], [2], [3]. Trong bµi b¸o nµy nhãm t¸c gi¶ øng dông bé läc Kalman phi tuyÕn më réng [4] x©y dùng thuËt to¸n dÉn ®­êng trªn c¬ së kÕt hîp gi÷a thiÕt bÞ ®o qu¸n tÝnh (con quay vi c¬ vµ gia tèc kÕ) víi thiÕt bÞ ®o kh«ng qu¸n tÝnh (tõ kÕ, vËn tèc kÕ, c¶m biÕn ¸p suÊt) ®Ó ­íc l­îng trùc tiÕp c¸c tham sè Rodrig - Hamilton. Ph­¬ng ph¸p nµy cho phÐp kh¾c phôc ®­îc sai sè do nhiÔu ®o, ®é tr«i cña con quay vi c¬ vµ nhiÔu ®o gia tèc kÕ g©y nªn. 2. THUËT TO¸N X¸C §ÞNH THAM Sè DÉN §¦êNG CHO Vò KHÝ CHèNG NGÇM giai ®o¹n chuyÓn ®éng trong khÝ quyÓn Giai ®o¹n chuyÓn ®éng r¬i trong khÝ quyÓn ë chÕ ®é cã dï, vËn tèc chuyÓn ®éng cña ASWs biÕn thiªn nhá. Trong tr­êng hîp nµy t¸c gi¶ ®Ò xuÊt ph­¬ng ¸n øng dông bé läc Kalman phi tuyÕn më réng ­íc l­îng trùc tiÕp c¸c tham sè Rodrig - Hamilton trªn c¬ së c¸c th«ng tin quan s¸t do con quay vi c¬, gia tèc kÕ, tõ kÕ cung cÊp. Gi¶ thiÕt trªn vò khÝ chèng ngÇm cã ba con quay vi c¬, ba gia tèc kÕ, ba tõ kÕ ®­îc g¾n theo c¸c ph­¬ng cña hÖ täa ®é g¾n liÒn (h×nh 2): T1 , T2 , T3 - c¸c tõ kÕ; A1 , A2 , A3 - c¸c gia tèc kÕ; C1 , C2 , C3 - c¸c con quay vi c¬ H×nh 2. Bè trÝ con quay vi c¬ ®o tèc ®é gãc, gia tèc kÕ vµ tõ kÕ. Tõ (7) rót ra ®­îc: p   p  bp  w1 , q  q  bq  w2 , r  r  br  w3 , (9) Thay c¸c ph­¬ng tr×nh (9) vµo c¸c ph­¬ng tr×nh (2) ta cã: 20  1 ( p  b p  w1 )  2 (q  bq  w2 )  3 (r  br  w3 ) (10) 21  0 ( p  bp  w1 )  3 (q  bq  w2 )  2 (r  br  w3 ) (11) ...