飞行器运动测量传感器安置效果的相关函数检验法

摘要

飞行器运动测量传感器安置效果的相关函数检验法属于飞行器飞行控制领域，其特征在于，含有：对飞行器输入的激励指令信号，飞行器的输出响应，输入指令信号与输出响应的相关函数，以及相应的指令传输、数据信号检测和数据记录设备，其中，相关函数用于检验输入指令信号与输出响应的相关程度，指令传输、数据信号检测和数据记录设备用于记录飞行器的输入和输出信号。本发明通过判断飞行器运动测量传感器不同安装方式所对应相关函数的大小和变化趋势，从而检验并优化传感器的安装方式。

说明书

技术领域

本发明是利用相关函数检验及优化机载传感器的安装，如惯性测量单元、姿态航向参考系统和磁航向仪等。主要应用在航空航天、飞行器和机器人等技术领域。

背景技术

机载传感器是飞行器的关键部件之一，用于测量飞行器的姿态、加速度和角速度等重要数据。以往传感器的安装通常凭借经验，对于测量中出现的耦合、干扰和噪声并没有量化标准。因此，这种情况下传感器测量得到的数据准确度会因耦合、干扰的影响而降低，并难以被察觉，更不能给出改进的方法。而准确度欠佳的传感器数据直接影响飞行器建模和飞行控制的效果。由于在谱函数分析中，相关函数可以表现输入输出信号的相关程度。所以本发明利用相关函数的特性，将其用于检验传感器的安装效果，并由此得到检验传感器安装效果的量化指标。通过对比相干函数值的变化趋势，可以找到飞行器运动测量传感器安装方式的改进方向；通过对不同安装方式进行大量实验并对相关函数进行对比，可以找到各种安装情况所对应相关函数的最大值。该最大值对应的安装方式即是飞行器运动测量传感器的最佳安装方式。

与常规的经验安装方式相比，本发明优点是用准确的量化值检验传感器的安装，并能根据因传感器的不同安装方式及位置等情况而引起相关函数的变化，有效指导并改进传感器的安装，以确定最佳安装方式。此外，还具有简单易行、真实直观的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效检验飞行器运动测量传感器安装效果并优化其安装方式的方法。

本发明的特征在于，含有：对飞行器输入的激励指令信号，飞行器的输出响应，输入指令信号与输出响应的相关函数，以及相应的指令传输、数据信号检测和数据记录设备，其中，相关函数用于检验输入指令信号与输出响应的相关程度，指令传输、数据信号检测和数据记录设备用于记录飞行器的输入和输出信号，其中：

${\hat{\gamma }}_{\mathrm{xy}}^2\left(f\right)=\frac{{\left|{\hat{G}}_{\mathrm{xy}}\left(f\right)\right|}^2}{\left|{\hat{G}}_{\mathrm{xx}}\left(f\right)\right|\left|{\hat{G}}_{\mathrm{yy}}\left(f\right)\right|}$

分别为输入指令和输出信号的自谱函数，为输入指令和输出响应的互谱函数，如果由上式计算得到的相关函数在大部分频域范围内都满足的条件，则认为输入指令与输出响应是相关的，其中：

针对传感器的每一种安装方式可以进行多次实验并取均值进行对比，相关函数值越高，则表示传感器安置效果越好。通过以上方法可以得到机载传感器的最佳安装方式，并由此显著提高传感器的测量精度。

附图说明

图1是飞行器运动测量传感器安置效果的相关函数检验法的流程图。图1中所示的传感器安装是一个迭代的过程，通过对不同安装方式进行大量实验及对比相关函数，可以获得最佳的安装效果。

具体实施方式

飞行器的某些传感器，如惯性测量单元IMU(Inertia Measurement Unit)、姿态航向参考系统AHRS(Attitude Heading Reference System)和磁力计等用于获取重要的飞行数据。准确的飞行数据对于飞行器的模型建立和飞行控制至关重要。然而，由于这些传感器的安装完全凭借直观经验，其安装效果难以进行有效评估及优化。为了弥补目前传感器安装方法的不足，本发明利用相关函数对传感器的安装进行了量化对比及优化，从而可以获得最佳的安装方式。

对于安装方式的确定，需要有飞行器输入的激励指令信号，飞行器的输出响应，输入指令信号与输出响应的相关函数，以及相应的指令传输、数据信号检测、传输及记录设备，其中，相关函数用于检验输入指令信号与输出响应的相关程度，指令传输、数据信号检测、传输及记录设备用于记录飞行器的输入和输出信号，其中：

${\hat{\gamma }}_{\mathrm{xy}}^2\left(f\right)=\frac{{\left|{\hat{G}}_{\mathrm{xy}}\left(f\right)\right|}^2}{\left|{\hat{G}}_{\mathrm{xx}}\left(f\right)\right|\left|{\hat{G}}_{\mathrm{yy}}\left(f\right)\right|}$

其中：分别为输入指令和输出信号的自谱函数，为输入指令和输出响应的互谱函数，如果由上式计算得到的相关函数在大部分频域范围内都满足的条件，则认为输入指令与输出响应是相关的。

为了降低实验中随机噪声的影响，在和的计算中，可以采用加窗方法：

${\hat{G}}_{\mathrm{xx}}\left(f\right)=\left(\frac{1}{{\mathrm{Un}}_r}\right)\underset{k=1}{\overset{n_r}{\Sigma }}{\tilde{G}}_{\mathrm{xx},f}\left(f\right)$

${\hat{G}}_{\mathrm{yy}}\left(f\right)=\left(\frac{1}{{\mathrm{Un}}_r}\right)\underset{k=1}{\overset{n_r}{\Sigma }}{\tilde{G}}_{\mathrm{yy},f}\left(f\right)$

${\hat{G}}_{\mathrm{xy}}\left(f\right)=\left(\frac{1}{{\mathrm{Un}}_r}\right)\underset{k=1}{\overset{n_r}{\Sigma }}{\tilde{G}}_{\mathrm{xy},f}\left(f\right)$

针对不同的传感器安装方式，需要进行大量实验(如10次)，然后对实验结果的相关函数取平均值，并对得到的平均值进行对比，可得到传感器安装效果的量化值。相关函数值越高，则表示传感器各通道检测数据的耦合越小，其安置效果越好。

通过对比相干函数值的变化趋势，可以找到飞行器运动测量传感器安装方式的改进方向；通过对不同安装方式进行大量实验并对相关函数进行对比，可以找到各种安装情况所对应相关函数的最大值。该最大值对应的安装方式即是飞行器运动测量传感器的最佳安装方式。