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      一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法

      文檔序號(hào):5896883閱讀:264來源:國(guó)知局
      專利名稱:一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,屬于慣性導(dǎo)航/組合導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。
      背景技術(shù)
      慣性導(dǎo)航是完全自主導(dǎo)航設(shè)備,自主完成導(dǎo)航任務(wù),不受外部干擾等;但是,慣導(dǎo)誤差隨時(shí)間積累,難以長(zhǎng)時(shí)間準(zhǔn)確提供導(dǎo)航信息。因此,慣導(dǎo)系統(tǒng)與外部傳感器共同實(shí)現(xiàn)組合導(dǎo)航是必然的發(fā)展趨勢(shì)。目前,常用的車載組合導(dǎo)航的方式主要有慣導(dǎo)/GPS組合及慣導(dǎo)/里程計(jì)組合。慣導(dǎo)/GPS組合導(dǎo)航雖然能夠很好地解決誤差積累的問題,但GPS存在易受 電子干擾、信號(hào)易被遮擋等缺點(diǎn),組合系統(tǒng)屬于非自主式;里程計(jì)雖能夠測(cè)量車輛的速度及里程,但里程計(jì)刻度因子的變化較大,嚴(yán)重制約其測(cè)量精度,而且在每次使用過程中必須進(jìn)行實(shí)時(shí)標(biāo)校。激光(多普勒)測(cè)速儀是利用激光多普勒效應(yīng)來測(cè)量運(yùn)動(dòng)速度的一種儀器,由激光測(cè)速儀的原理可知,將激光測(cè)速儀固聯(lián)在運(yùn)動(dòng)的載體上,并使得激光測(cè)速儀發(fā)射的激光束打到地面上,由于其發(fā)射的頻率和其接收到地面反射回的頻率不同而產(chǎn)生多普勒頻移,由此即可測(cè)出載體相對(duì)于地面的速度。激光測(cè)速儀作為一種新型的速度傳感器,具有精度高、測(cè)速范圍寬、動(dòng)態(tài)性能好及非接觸測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),由它和慣導(dǎo)進(jìn)行組合導(dǎo)航,不需要依靠任何外界信息,不受外界干擾、屏蔽等影響,可以實(shí)現(xiàn)全自主式高精度組合導(dǎo)航。當(dāng)前,激光測(cè)速儀和慣導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行組合導(dǎo)航已成為重要的發(fā)展方向,而目前還未全面地提出一種用于組合導(dǎo)航的激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算的方法,針對(duì)這一現(xiàn)狀,提出了本發(fā)明中所闡述的用于組合導(dǎo)航的激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法。

      發(fā)明內(nèi)容
      I、目的本發(fā)明的目的是提供一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,它采用高精度角速率轉(zhuǎn)臺(tái)(或類似功能設(shè)備),對(duì)激光測(cè)速儀的如下精度指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試與計(jì)算標(biāo)度因數(shù),零偏,標(biāo)度因數(shù)非線性,標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性,零偏重復(fù)性,標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性,零偏穩(wěn)定性,噪聲。2、技術(shù)方案將單波束激光測(cè)速儀發(fā)射的激光束照射到角速率轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣柱面上,當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)以角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí),邊緣切線速度為v=Ro,發(fā)射激光與轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣切線速度成Θ角照射到轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣上,可得到激光測(cè)速儀測(cè)得的速度Vt=V -cos Θ。性能優(yōu)良的角速率轉(zhuǎn)臺(tái)可以為測(cè)試提供高精度的速度源,保證測(cè)試的有效性。測(cè)試示意圖如圖I所示。本發(fā)明一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,該方法具體步驟如下步驟I :將角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸置為垂直,與當(dāng)?shù)卮咕€間誤差不超過規(guī)定值。
      步驟2 :將單波束激光測(cè)速儀的激光發(fā)射端水平對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺(tái)的邊緣,誤差不超過規(guī)定值,然后固定放置。步驟3 :測(cè)量激光束與轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣切線方向的夾角Θ,若Θ為90。,則調(diào)整激光束的方向使得夾角Θ不為90°。步驟4 :在轉(zhuǎn)臺(tái)可提供角速度范圍內(nèi),設(shè)置M (預(yù)定M≥15)個(gè)角速率輸入點(diǎn)。步驟5 :按照專用技術(shù)條件設(shè)定激光測(cè)速儀輸出數(shù)據(jù)的采樣間隔及采樣次數(shù)。步驟6 :角速率轉(zhuǎn)臺(tái)加電,將設(shè)置的M個(gè)角速率值依次設(shè)定為轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,在各角速率點(diǎn)下,待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后接通單波束激光測(cè)速儀的電源,測(cè)試激光測(cè)速儀輸出,求出各角速度下激光測(cè)速儀輸出的平均值。步驟7 :用步驟6所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度因數(shù),零偏以及標(biāo)度因數(shù)非線性;步驟8 :按照步驟f 6重復(fù)測(cè)試Q次,Q > 6,用所得數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度重復(fù)性和零偏重復(fù)性。步驟9 :設(shè)定角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速ω。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,激光測(cè)速儀測(cè)試2小時(shí)的預(yù)定時(shí)間,得到的數(shù)據(jù)按預(yù)定30秒的時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,即可得到零偏穩(wěn)定性。在所得的數(shù)據(jù)中取預(yù)定30秒時(shí)間的數(shù)據(jù)計(jì)算其均方差可得其噪聲。步驟10 :設(shè)定角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速為高轉(zhuǎn)速ωΗ,待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,激光測(cè)速儀測(cè)試的時(shí)間按預(yù)定2小時(shí)計(jì),得到的數(shù)據(jù)按預(yù)定30秒的時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,再將其平方值和零偏穩(wěn)定性的平方值的差值開根號(hào)即可得到標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性。其中,步驟7所述的“用步驟6所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度因數(shù),零偏以及標(biāo)度因數(shù)非線性”其具體實(shí)現(xiàn)過程如下I)標(biāo)度因數(shù)與零偏將角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸置為垂直,與當(dāng)?shù)卮咕€間誤差不超過規(guī)定值。將單波束激光測(cè)速儀的激光發(fā)射端水平對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺(tái)的邊緣,誤差不超過規(guī)定值。在轉(zhuǎn)臺(tái)可提供角速度范圍內(nèi),設(shè)定Μ、預(yù)定M > 15個(gè)角速度檔。測(cè)試步驟如下按照專用技術(shù)條件設(shè)定激光測(cè)速儀輸出數(shù)據(jù)的采樣間隔及采樣次數(shù);角速率轉(zhuǎn)臺(tái)加電,將設(shè)置的M個(gè)角速率值依次設(shè)定為轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,在各角速率點(diǎn)下,待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后接通單波束激光測(cè)速儀的電源,測(cè)試激光測(cè)速儀輸出,求出各角速度下激光測(cè)速儀輸出的平均值。設(shè)P,為角速率臺(tái)的第j個(gè)輸入角速率時(shí)激光測(cè)速儀輸出的平均值,標(biāo)度因數(shù)和零偏的計(jì)算方法見公式(1Γ(4)
      權(quán)利要求
      1.一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,其特征在于該方法具體步驟如下 步驟I:將角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸置為垂直,與當(dāng)?shù)卮咕€間誤差不超過規(guī)定值; 步驟2 :將單波束激光測(cè)速儀的激光發(fā)射端水平對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺(tái)的邊緣,誤差不超過規(guī)定值,然后固定放置; 步驟3 :測(cè)量激光束與轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣切線方向的夾角0,若0為90。,則調(diào)整激光束的方向使得夾角9不為90° ; 步驟4 :在轉(zhuǎn)臺(tái)可提供角速度范圍內(nèi),設(shè)置M,預(yù)定MS 15個(gè)角速率輸入點(diǎn); 步驟5 :按照專用技術(shù)條件設(shè)定激光測(cè)速儀輸出數(shù)據(jù)的采樣間隔及采樣次數(shù); 步驟6 :角速率轉(zhuǎn)臺(tái)加電,將設(shè)置的M個(gè)角速率值依次設(shè)定為轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,在各角速率點(diǎn)下,待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后接通單波束激光測(cè)速儀的電源,測(cè)試激光測(cè)速儀輸出,求出各角速度下激光測(cè)速儀輸出的平均值; 步驟7 :用步驟6所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度因數(shù),零偏以及標(biāo)度因數(shù)非線性; 步驟8 :按照步驟I飛重復(fù)測(cè)試Q次,Q > 6,用所得數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度重復(fù)性和零偏重復(fù)性; 步驟9 :設(shè)定角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速為低轉(zhuǎn)速待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,激光測(cè)速儀測(cè)試2小時(shí)的預(yù)定時(shí)間,得到的數(shù)據(jù)按預(yù)定30秒的時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,即得到零偏穩(wěn)定性;在所得的數(shù)據(jù)中取預(yù)定30秒時(shí)間的數(shù)據(jù)計(jì)算其均方差得其噪聲; 步驟10 :設(shè)定角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速為高轉(zhuǎn)速,待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,激光測(cè)速儀測(cè)試的時(shí)間按預(yù)定2小時(shí)計(jì),得到的數(shù)據(jù)按預(yù)定30秒的時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,再將其平方值和零偏穩(wěn)定性的平方值的差值開根號(hào)即得到標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,其特征在于步驟7所述的“用步驟6所測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度因數(shù),零偏以及標(biāo)度因數(shù)非線性”,其具體實(shí)現(xiàn)過程如下 I)標(biāo)度因數(shù)與零偏 將角速率轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)軸置為垂直,與當(dāng)?shù)卮咕€間誤差不超過規(guī)定值;將單波束激光測(cè)速儀的激光發(fā)射端水平對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)臺(tái)的邊緣,誤差不超過規(guī)定值;在轉(zhuǎn)臺(tái)可提供角速度范圍內(nèi),設(shè)定M、預(yù)定M > 15個(gè)角速度檔; 測(cè)試步驟如下按照專用技術(shù)條件設(shè)定激光測(cè)速儀輸出數(shù)據(jù)的采樣間隔及采樣次數(shù);角速率轉(zhuǎn)臺(tái)加電,將設(shè)置的M個(gè)角速率值依次設(shè)定為轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度,在各角速率點(diǎn)下,待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后接通單波束激光測(cè)速儀的電源,測(cè)試激光測(cè)速儀輸出,求出各角速度下激光測(cè)速儀輸出的平均值; 設(shè)為角速率臺(tái)的第j個(gè)輸入角速率時(shí)激光測(cè)速儀輸出的平均值,標(biāo)度因數(shù)和零偏的計(jì)算方法見公式ar (4) Vj =jrtvjK(I)K=I 建立激光測(cè)速儀輸入輸出關(guān)系的線性模型 Vj =SF-(R. Co■ cos8) + B +e}.(2)用最小二乘法求標(biāo)度因數(shù)SF和零偏B
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,其特征在于步驟8所述的“用所得數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度重復(fù)性和零偏重復(fù)性”,其具體實(shí)現(xiàn)過程如下 .3)標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性 按照I)中測(cè)試與計(jì)算方法重復(fù)Q次,Q > 6,得到Q個(gè)標(biāo)度因數(shù)值; 按公式(8)計(jì)算標(biāo)度因數(shù)重復(fù)性
      4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,其特征在于步驟9所述的計(jì)算“零偏穩(wěn)定性及噪聲”,其具體實(shí)現(xiàn)過程如下 5)零偏穩(wěn)定性 角速率轉(zhuǎn)臺(tái)以低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),則激光測(cè)速儀輸入小速度值,待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,激光測(cè)速儀測(cè)試時(shí)間為預(yù)定2小時(shí),得到的數(shù)據(jù)按預(yù)定30秒的時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,即得到零偏穩(wěn)定性; 按公式(10)計(jì)算激光測(cè)速儀的零偏穩(wěn)定性
      5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,其特征在于步驟10所述的計(jì)算“標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性”,其具體實(shí)現(xiàn)過程如下 7)標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性 角速率轉(zhuǎn)臺(tái)以高速轉(zhuǎn)動(dòng),待轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后,激光測(cè)速儀測(cè)試時(shí)間為預(yù)定2小時(shí),得到的數(shù)據(jù)按預(yù)定30秒的時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差得到標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性的初始值,再將其平方值和零偏穩(wěn)定性平方值的差值開根號(hào)即得到標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性; 按照公式(12)計(jì)算標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性的初始值
      全文摘要
      一種用于組合導(dǎo)航的單波束激光測(cè)速儀精度測(cè)試與計(jì)算方法,有十大步驟一、設(shè)置好轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)軸位置;二、將測(cè)速儀的激光發(fā)射端水平對(duì)好轉(zhuǎn)臺(tái)的邊緣;三、測(cè)量激光束與轉(zhuǎn)臺(tái)邊緣切線方向夾角;四、在輸入角速度范圍內(nèi),設(shè)置角速率輸入點(diǎn);五、按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定測(cè)速儀輸出數(shù)據(jù)采樣間隔及次數(shù);六、測(cè)試并求出該輸入角速度下輸出平均值;七、用上步數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)度因數(shù)、零偏和標(biāo)度因數(shù)非線性;八、按照一~六重復(fù)測(cè)試,計(jì)算標(biāo)度和零偏重復(fù)性;九、設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)為低轉(zhuǎn)速,測(cè)試和數(shù)據(jù)按預(yù)定時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,得零偏穩(wěn)定性和噪聲;十、設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)為高轉(zhuǎn)速,測(cè)試和數(shù)據(jù)按預(yù)定時(shí)間平滑后計(jì)算其均方差,再將其平方值和零偏穩(wěn)定性的平方值的差值開平方即得標(biāo)度因數(shù)穩(wěn)定性。
      文檔編號(hào)G01C25/00GK102706367SQ20121020978
      公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月19日
      發(fā)明者宋凝芳, 尹俊杰, 張小躍, 張春熹, 晁代宏, 潘建業(yè) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)
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