專利名稱：飛行器運動測量傳感器安置效果的相關(guān)函數(shù)檢驗法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是利用相關(guān)函數(shù)檢驗及優(yōu)化機載傳感器的安裝，如慣性測量單元、姿態(tài)航 向參考系統(tǒng)和磁航向儀等。主要應(yīng)用在航空航天、飛行器和機器人等技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機載傳感器是飛行器的關(guān)鍵部件之一，用于測量飛行器的姿態(tài)、加速度和角速度 等重要數(shù)據(jù)。以往傳感器的安裝通常憑借經(jīng)驗，對于測量中出現(xiàn)的耦合、干擾和噪聲并沒有 量化標(biāo)準(zhǔn)。因此，這種情況下傳感器測量得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度會因耦合、干擾的影響而降低， 并難以被察覺，更不能給出改進的方法。而準(zhǔn)確度欠佳的傳感器數(shù)據(jù)直接影響飛行器建模 和飛行控制的效果。由于在譜函數(shù)分析中，相關(guān)函數(shù)可以表現(xiàn)輸入輸出信號的相關(guān)程度。所 以本發(fā)明利用相關(guān)函數(shù)的特性，將其用于檢驗傳感器的安裝效果，并由此得到檢驗傳感器 安裝效果的量化指標(biāo)。通過對比相干函數(shù)值的變化趨勢，可以找到飛行器運動測量傳感器 安裝方式的改進方向；通過對不同安裝方式進行大量實驗并對相關(guān)函數(shù)進行對比，可以找 到各種安裝情況所對應(yīng)相關(guān)函數(shù)的最大值。該最大值對應(yīng)的安裝方式即是飛行器運動測量 傳感器的最佳安裝方式。與常規(guī)的經(jīng)驗安裝方式相比，本發(fā)明優(yōu)點是用準(zhǔn)確的量化值檢驗傳感器的安裝， 并能根據(jù)因傳感器的不同安裝方式及位置等情況而引起相關(guān)函數(shù)的變化，有效指導(dǎo)并改進 傳感器的安裝，以確定最佳安裝方式。此外，還具有簡單易行、真實直觀的特點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能有效檢驗飛行器運動測量傳感器安裝效果并優(yōu)化 其安裝方式的方法。本發(fā)明的特征在于，含有對飛行器輸入的激勵指令信號，飛行器的輸出響應(yīng)，輸 入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，以及相應(yīng)的指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備， 其中，相關(guān)函數(shù)用于檢驗輸入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)程度，指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測和 數(shù)據(jù)記錄設(shè)備用于記錄飛行器的輸入和輸出信號，其中
λ2Gxy{f)2rly(f) = -.^^——
Gxx(f) GJf)Gxx(Z)，《//)分別為輸入指令和輸出信號的自譜函數(shù)，<(/)為輸入指令和輸出 響應(yīng)的互譜函數(shù)，如果由上式計算得到的相關(guān)函數(shù)在大部分頻域范圍內(nèi)都滿足>0.6 的條件，則認為輸入指令與輸出響應(yīng)是相關(guān)的，其中針對傳感器的每一種安裝方式可以進行多次實驗并取均值進行對比，相關(guān)函數(shù)值 越高，則表示傳感器安置效果越好。通過以上方法可以得到機載傳感器的最佳安裝方式，并 由此顯著提高傳感器的測量精度。
圖1是飛行器運動測量傳感器安置效果的相關(guān)函數(shù)檢驗法的流程圖。圖1中所示 的傳感器安裝是一個迭代的過程，通過對不同安裝方式進行大量實驗及對比相關(guān)函數(shù)，可 以獲得最佳的安裝效果。
具體實施例方式飛行器的某些傳感器，如慣性測量單元IMUdnertia Measurement Unit)、姿態(tài)航 向參考系統(tǒng)AHRS(Attitude Heading Reference System)和磁力計等用于獲取重要的飛行 數(shù)據(jù)。準(zhǔn)確的飛行數(shù)據(jù)對于飛行器的模型建立和飛行控制至關(guān)重要。然而，由于這些傳感 器的安裝完全憑借直觀經(jīng)驗，其安裝效果難以進行有效評估及優(yōu)化。為了彌補目前傳感器 安裝方法的不足，本發(fā)明利用相關(guān)函數(shù)對傳感器的安裝進行了量化對比及優(yōu)化，從而可以 獲得最佳的安裝方式。對于安裝方式的確定，需要有飛行器輸入的激勵指令信號，飛行器的輸出響應(yīng)，輸 入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，以及相應(yīng)的指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測、傳輸及記錄設(shè) 備，其中，相關(guān)函數(shù)用于檢驗輸入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)程度，指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢 測、傳輸及記錄設(shè)備用于記錄飛行器的輸入和輸出信號，其中
Gxy(I)2Y2xy(Z) = -,^——
\G^f)\\Gyy{f)其中0 (/)，4(/)分別為輸入指令和輸出信號的自譜函數(shù)，&(/)為輸入指
令和輸出響應(yīng)的互譜函數(shù)，如果由上式計算得到的相關(guān)函數(shù)在大部分頻域范圍內(nèi)都滿足 《(/)> 0.6的條件，則認為輸入指令與輸出響應(yīng)是相關(guān)的。為了降低實驗中隨機噪聲的影響，在0 (/)、(^(/)和《(/)的計算中，可以采用
加窗方法4(/) = M-I^(Z)GJf)=(^-]±GyyJ(f)
VUnr ) k=\=
VUnr y k=\針對不同的傳感器安裝方式，需要進行大量實驗(如10次)，然后對實驗結(jié)果的相 關(guān)函數(shù)取平均值，并對得到的平均值進行對比，可得到傳感器安裝效果的量化值。相關(guān)函數(shù) 值越高，則表示傳感器各通道檢測數(shù)據(jù)的耦合越小，其安置效果越好。通過對比相干函數(shù)值的變化趨勢，可以找到飛行器運動測量傳感器安裝方式的改 進方向；通過對不同安裝方式進行大量實驗并對相關(guān)函數(shù)進行對比，可以找到各種安裝情 況所對應(yīng)相關(guān)函數(shù)的最大值。該最大值對應(yīng)的安裝方式即是飛行器運動測量傳感器的最佳 安裝方式。
權(quán)利要求
飛行器運動測量傳感器安置效果的相關(guān)函數(shù)檢驗法，其特征在于，含有對飛行器輸入的激勵指令信號，飛行器的輸出響應(yīng)，輸入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，以及相應(yīng)的指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，其中，相關(guān)函數(shù)用于檢驗輸入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)程度，指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備用于記錄飛行器的輸入和輸出信號，其中 <mrow><msubsup> <mover><mi>γ</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>xy</mi> <mn>2</mn></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <msup><mrow> <mo>|</mo> <msub><mover> <mi>G</mi> <mo>^</mo></mover><mi>xy</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>f</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>|</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mrow><mo>|</mo><msub> <mover><mi>G</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>xx</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo><mo>|</mo><msub> <mover><mi>G</mi><mo>^</mo> </mover> <mi>yy</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo> </mrow></mfrac> </mrow>分別為輸入指令和輸出信號的自譜函數(shù)，為輸入指令和輸出響應(yīng)的互譜函數(shù)，如果由上式計算得到的相關(guān)函數(shù)在大部分頻域范圍內(nèi)都滿足的條件，則認為輸入指令與輸出響應(yīng)是相關(guān)的，其中針對不同的傳感器安裝方式進行多次實驗，并對相關(guān)函數(shù)進行對比，相關(guān)函數(shù)值越高，則表示傳感器安置效果越好；通過對比相干函數(shù)值的變化趨勢，可以找到飛行器運動測量傳感器安裝方式的改進方向；通過對不同安裝方式進行大量實驗并對相關(guān)函數(shù)進行對比，可以找到各種安裝情況所對應(yīng)相關(guān)函數(shù)的最大值。該最大值對應(yīng)的安裝方式即是飛行器運動測量傳感器的最佳安裝方式。FSA00000256935500012.tif,FSA00000256935500013.tif,FSA00000256935500014.tif,FSA00000256935500015.tif
全文摘要
飛行器運動測量傳感器安置效果的相關(guān)函數(shù)檢驗法屬于飛行器飛行控制領(lǐng)域，其特征在于，含有對飛行器輸入的激勵指令信號，飛行器的輸出響應(yīng)，輸入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)函數(shù)，以及相應(yīng)的指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，其中，相關(guān)函數(shù)用于檢驗輸入指令信號與輸出響應(yīng)的相關(guān)程度，指令傳輸、數(shù)據(jù)信號檢測和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備用于記錄飛行器的輸入和輸出信號。本發(fā)明通過判斷飛行器運動測量傳感器不同安裝方式所對應(yīng)相關(guān)函數(shù)的大小和變化趨勢，從而檢驗并優(yōu)化傳感器的安裝方式。
文檔編號G07C5/00GK101958010SQ20101027246
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者夏慧, 朱紀(jì)洪, 王冠林 申請人:清華大學(xué)