Синьцзэ Ли – Евразийское мышление. Вопросы науки и техники. Сборник 1 (страница 1)

Евразийское мышление

Вопросы науки и техники. Сборник 1

Синьцзэ Ли Рецензент и ответственный редактор

Даюань Дун Научный редактор

Юцяо Ван Технический редактор

Елизавета Владимировна Бабак Корректор

ISBN 978-5-0064-9557-9 (т. 1)

ISBN 978-5-0064-9559-3

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Исследование фильтрации ориентации инерциальной навигации

Research on inertial navigation attitude filtering

УДК 66.012.1

Фэн Гаоюань

Feng Gaoyuan

Студент

Student

Чжунъюань – Петербургский институт аэронавтики

Zhongyuan-Pertersburg Aviation College

Ли Хунцзюнь

Li Hongjun

К.ф.н., лектор, авиационная измерительно-контрольная техника и приборы

Ph. D., lecturer, Aviation measurement and control technology and instruments

Чжунъюань – Петербургский институт аэронавтики

Zhongyuan-Pertersburg Aviation College

Инерциальная навигационная система является важной поддержкой для разработки беспилотных технологий и является одной из незаменимых систем для позиционирования навигации транспортных средств и управления устойчивостью машины. Она имеет все более углубленную исследовательскую ценность в направлении интеллектуальных технологических приложений. Целью этой статьи является изучение фильтрации положения и расчета положения экспериментальной системы обучения инерциальной навигации (MIS-3DM-GD20) с помощью прикладной программы MATLAB, а также рисование графиков данных в реальном времени в процессе для наблюдения и экспериментирования пользователя. В этой статье в основном используется программа MATLAB для управления контроллером двухосного электрического поворотного стола на верхнем компьютере, заставляя его вращаться в желаемом направлении; Затем введите указанное сообщение, считайте данные элемента инерциального сбора данных в виде непрерывного вывода сообщения и обработайте данные 9-оси; Используйте метод обновления кватернионов для расчета угла положения и используйте метод расширенной фильтрации Калмана для фильтрации помех шума; Нарисуйте данные в графике непрерывным и динамическим образом с помощью программы прерывания таймера. В этом исследовании не только были разработаны 9-осевой расчет положения и фильтрация в динамических условиях, но и визуальное отображение изображения эффекта в динамическом графическом виде, что не только повысило точность определения положения, но и облегчило пользовательское приложение и настройку параметров. Аннотация:

Inertial navigation system is an important support for the development of unmanned technology, and is one of the indispensable systems for vehicle navigation positioning and machine stability control. It has increasingly in-depth research value in the direction of intelligent technology applications. This article aims to study the attitude filtering and attitude calculation of the inertial navigation teaching experimental system (MIS-3DM-GD20) through the application program of MATLAB, and to draw real-time graphics of the data during the process for user observation and experimentation. This article mainly uses MATLAB program to operate the controller of the dual axis electric turntable on the upper computer, making it rotate in the desired direction; Then input the specified message, read the data of the inertial acquisition element in the form of continuous message output, and process the data of the 9-axis; Using the method of updating quaternions to calculate the attitude angle, and using the method of extended Kalman filtering to filter out the interference of noise; Draw the data into a graph in a continuous and dynamic manner through a timer interrupt program. This study not only designed 9-axis attitude calculation and filtering under dynamic conditions, but also visually displayed the effect image in a dynamic graphical way, which not only improved attitude accuracy but also facilitated user application and parameter tuning. Annotation:

Инерциальная навигация MEMS, Метод кватерниона, Расширенная фильтрация Калмана Ключевые слова:

MEMS inertial navigation, Quaternion method, Extended Kalman filtering Keywords:

Что касается инерционных датчиков для микроэлектромеханических систем, технология инерциальных навигационных систем MEMS является одним из важных направлений исследований для популяризации и применения технологии инерциальных навигационных систем, а также развития гражданской науки и техники в последние годы. Она широко используется. за его сильную защиту от помех и низкую стоимость применения и разработки [1]. Поскольку он обладает многими характеристиками, такими как высокая адаптируемость, высокая автономность и хорошие характеристики защиты от помех, он стал очень важным техническим средством для достижения автономной навигации в навигационных технологиях. 1. Предыстория и значимость исследования.

Технология инерциальной навигационной системы MEMS [2] – это технология, используемая для измерения и отображения положения объекта, а также для расчета траектории объекта. С помощью системы можно получать информацию об ускорении, угловой скорости и интенсивности магнитной индукции объекта через измерительные компоненты акселерометра, гироскопа и магнитометра IMU блока инерциальной навигационной аппаратуры MEMS [3]. На основе этой измеренной информации рассчитывается угол ориентации объекта, и могут отображаться траектория движения объекта, информация о положении и общий курс. Точность навигации оборудования тесно связана с точностью начальной настройки приборов его системы, теоретической точностью решения и точностью других случайных условий. Поэтому необходимо проводить экспериментальный анализ на основе различных элементов. Полезно заранее получить информацию о скорости, положении и положении. Повысьте безопасность и надежность навигации устройства. Таким образом, как того требует время, появились эксперименты по инерциальной навигации. Инструменты инерциальной навигационной системы MEMS, которые можно использовать для экспериментов, можно классифицировать в соответствии со стандартами, указанными в Таблице 1—1. Основываясь на преимуществах надежности, низкой стоимости и т. д., в этом проекте была выбрана бесплатформенная инерциальная навигация с гироскопом MEMS и проведены исследования по ее алгоритму фильтрации. Классификация инерциальных навигационных систем представлена в таблице 1—1.

Таблица 1—1 Классификация инерциальных навигационных систем

MEMS -гироскопы MEMS -гироскопы инерциальной навигационной системы включают в себя множество стилей, например, гироскопы MEMS с вибрирующим диском, гироскопы MEMS с вибрирующим рычагом и гироскопы MEMS с кольцевым резонансом. Кольцевой резонансный гироскоп, использованный в эксперименте, в основном измеряет угловую скорость путем измерения изменений магнитного поля. MEMS -акселерометры подразделяются на пьезорезистивные, емкостные, пьезоэлектрические и резонансные типы по режиму детектирования, по числу чувствительности бывают одноосными, двухосными и трехосными. Акселерометр, используемый в данном эксперименте, является трехосным. осевой резонансный акселерометр.

Технология инерциальной навигационной системы MEMS широко используется во многих беспилотных системах, таких как беспилотные транспортные средства, дроны и интеллектуальные роботы, благодаря небольшому размеру чипа, низкому энергопотреблению, небольшому весу и низкой стоимости применения. MEMS внесла выдающийся вклад в обеспечение удобства гражданской науки и техники [5]. С развитием технологии инерциальной навигации MEMS ее точность измерений и эксплуатационная стабильность постоянно улучшаются. В будущей аэрокосмической области инерциальная навигация также будет играть важную роль.

Из-за проблем, связанных с шумом, дрейфом нулевой точки и дрейфом температуры в самом инерциальном датчике, инерциальная навигационная система MEMS будет накапливать ошибки оценки ориентации во время длительного использования [4]. Поэтому, чтобы повысить точность оценки ориентации инерциальных навигационных систем MEMS и стабильность работы системы, исследователи начали изучать алгоритмы фильтрации ориентации и применять их во многих областях.

Алгоритм фильтрации ориентации – это метод оценки ориентации объекта путем объединения данных нескольких датчиков, включая расчет ориентации, оптимальную оценку форм сигналов и т. д. Обычно используемые алгоритмы фильтрации отношения включают фильтрацию Калмана, дополнительную фильтрацию и расширенную фильтрацию Калмана. Эти алгоритмы фильтрации могут эффективно снизить влияние температурного дрейфа и шума инерциального датчика на оценку ориентации, а также повысить стабильность и точность управления инерциальной навигационной системы MEMS.

В реальных научных приложениях инерциальные навигационные системы MEMS могут широко использоваться в таких областях, как автономное вождение, аэрокосмическая промышленность, виртуальная реальность и отслеживание движения. Например, в аэрокосмической области инерциальные навигационные системы MEMS могут использоваться для навигации самолетов и управления ориентацией для повышения точности и безопасности полета. В области автономного вождения инерциальные навигационные системы MEMS можно использовать для определения местоположения и ориентации транспортного средства, чтобы повысить точность и стабильность системы автономного вождения. Таким образом, предпосылка и значимость изучения алгоритма фильтрации ориентации инерциальных навигационных систем MEMS заключаются в содействии развитию технологии инерциальной навигации и улучшении производительности и сферы применения системы.