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一種基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的單軸旋轉(zhuǎn)SINS軸向陀螺漂移校正方法與流程

文檔序號(hào):12265651閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的單軸旋轉(zhuǎn)SINS軸向陀螺漂移校正方法,其特征在于,該方法包括以下步驟:

步驟1:?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)SINS通電完成自檢后首先進(jìn)行“慣性系抗晃動(dòng)基座粗對(duì)準(zhǔn)”,得到初始姿態(tài)和航向角;

步驟2:?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)進(jìn)行多位置精對(duì)準(zhǔn),具體內(nèi)容為:利用Kalman濾波算法估計(jì)水平方向慣性器件漂移以及姿態(tài)和航向角誤差,并進(jìn)行誤差補(bǔ)償;

步驟3:?jiǎn)屋S旋轉(zhuǎn)SINS進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)航工作狀態(tài),在導(dǎo)航解算過程中加入阻尼網(wǎng)絡(luò),利用經(jīng)緯度誤差精確辨識(shí)軸向陀螺漂移,具體辨識(shí)過程為:

根據(jù)下式,利用自導(dǎo)航初始時(shí)刻起的t1和t2兩個(gè)時(shí)刻處的位置誤差對(duì)軸向陀螺常值漂移進(jìn)行標(biāo)校,辨識(shí)得到軸向陀螺漂移εU以及方位失準(zhǔn)角φU

<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&epsiv;</mi> <mi>U</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&phi;</mi> <mi>U</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msup> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>L</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>t</mi> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>sin</mi> <mi>L</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>sin</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>&lsqb;</mo> <mi>cos</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>&rsqb;</mo> <mi>sin</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>L</mi> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mfrac> <mrow> <mi>cos</mi> <mi>L</mi> </mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>-</mo> <mfrac> <mrow> <mi>cos</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>cos</mi> <mi>L</mi> </mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <mi>sin</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mi>t</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>cos</mi> <mi>L</mi> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <mo>&times;</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&delta;</mi> <mi>&lambda;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&delta;</mi> <mi>L</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>

式中:δλ、δL分別為經(jīng)度誤差、緯度誤差,L為地理緯度,ωie為地球自轉(zhuǎn)角速度,εU為軸向陀螺漂移,φU為方位失準(zhǔn)角,t為變量,表示慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航時(shí)間,t1為選取的第一個(gè)位置誤差時(shí)間點(diǎn),t2為選取的第二個(gè)位置誤差時(shí)間點(diǎn);

利用最小二乘法對(duì)軸向陀螺漂移εU和方位失準(zhǔn)角φU進(jìn)行辨識(shí),得到最優(yōu)估計(jì)值為:

<mrow> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>&epsiv;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>U</mi> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mover> <mi>&phi;</mi> <mo>~</mo> </mover> <mi>U</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>=</mo> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msup> <mi>M</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>M</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> <msup> <mi>M</mi> <mi>T</mi> </msup> <mi>Y</mi> </mrow>

其中M為上述軸向陀螺漂移εU以及方位失準(zhǔn)角φU表達(dá)式中的系數(shù)矩陣分別在t1和t2兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)構(gòu)成的系數(shù)矩陣,MT表示矩陣M的轉(zhuǎn)置,Y為經(jīng)緯度誤差構(gòu)成的誤差陣,為辨識(shí)得到的軸向陀螺漂移最優(yōu)估計(jì)值,為辨識(shí)得到的方位失準(zhǔn)角最優(yōu)估計(jì)值;

步驟4:按照所述步驟2的方式再次進(jìn)行多位置轉(zhuǎn)停精對(duì)準(zhǔn),以補(bǔ)償步驟3中產(chǎn)生的姿態(tài)和航向角誤差;

步驟5:將所述步驟2中估計(jì)得到的水平方向慣性器件漂移和步驟3中辨識(shí)得到的軸向陀螺漂移補(bǔ)償?shù)絾屋S旋轉(zhuǎn)SINS中,慣導(dǎo)系統(tǒng)在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)入到純慣性導(dǎo)航工作模式。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的單軸旋轉(zhuǎn)SINS軸向陀螺漂移校正方法,其特征在于,所述步驟3中在導(dǎo)航解算過程中加入的阻尼網(wǎng)絡(luò)根據(jù)以下方法動(dòng)態(tài)獲?。?/p>

①根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)際的動(dòng)態(tài)特性確定網(wǎng)絡(luò)的阻尼比ξ,由阻尼比與二階系統(tǒng)諧振峰值關(guān)系計(jì)算系統(tǒng)的諧振峰值Mr

<mrow> <msub> <mi>M</mi> <mi>r</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&xi;</mi> <msqrt> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <msup> <mi>&xi;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </msqrt> </mrow> </mfrac> </mrow>

②根據(jù)慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能確定調(diào)節(jié)時(shí)間ts,由所述調(diào)節(jié)時(shí)間ts和諧振峰值Mr,進(jìn)一步根據(jù)下式計(jì)算系統(tǒng)期望的截止頻率ωc

<mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>K</mi> <mi>&pi;</mi> </mrow> <msub> <mi>t</mi> <mi>s</mi> </msub> </mfrac> </mrow>

式中:K=2+1.5(Mr-1)+2.5(Mr-1)2,為截止頻率ωc計(jì)算系數(shù);

③由慣導(dǎo)系統(tǒng)期望的相角裕度γ計(jì)算校正網(wǎng)絡(luò)帶寬:

<mrow> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&gamma;</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>H</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mrow> <mi>H</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>

式中:H為校正網(wǎng)絡(luò)帶寬,γ表示慣導(dǎo)系統(tǒng)的相角裕度;

④根據(jù)下式計(jì)算得到校正網(wǎng)絡(luò)的各轉(zhuǎn)折頻率:

<mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>/</mo> <msqrt> <mi>H</mi> </msqrt> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mi>H</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>3</mn> </msub> <mi>H</mi> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced>

式中:ω2為中頻段轉(zhuǎn)折頻率,ω3為第二轉(zhuǎn)折頻率,ω4為高頻段轉(zhuǎn)折頻率;

⑤根據(jù)下式計(jì)算得到滿足慣導(dǎo)系統(tǒng)阻尼特性的校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù):

<mrow> <mi>G</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>s</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>s</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>4</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>s</mi> <mo>/</mo> <msub> <mi>&omega;</mi> <mn>3</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> </mrow>

式中:G(s)表示校正網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù),s=j(luò)ω為拉普拉斯算子,其中ω是輸入信號(hào)頻率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的單軸旋轉(zhuǎn)SINS軸向陀螺漂移校正方法,其特征在于,所述步驟3中,t1取值為第6h,t2取值為第12h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于阻尼網(wǎng)絡(luò)的單軸旋轉(zhuǎn)SINS軸向陀螺漂移校正方法,其特征在于,所述相角裕度γ取值為60°。

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