CN107402003A - 一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空测绘技术，具体公开了一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法。采用信息融合的方法解决了倾角传感器在高频时敏感到的陀螺稳定座架角度信息失真问题。当陀螺稳定座架处于不大于某一环境频率的工作环境下，采用请教传感器敏感到的角度信号通过低通滤波后作为陀螺稳定座架的角度信息；当陀螺稳定座架处于小于某一环境频率的工作环境下，采用速率陀螺敏感到的角速度信号通过高通滤波后进行积分运算作为陀螺稳定座架的角度信息，实现了陀螺稳定座架利用自身的传感器(倾角传感器和速率陀螺)准确敏感陀螺稳定座架角度信息的功能。

Description

一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法
技术领域
本发明属于航空测绘技术，具体涉及一种陀螺稳定座架角度数据采集方法。
背景技术
陀螺稳定座架是为航空测绘相机设计的三轴稳定控制平台，其主要作用是隔离载机低频摇摆，保持航空测绘相机平稳，从而克服气流和其它干扰因素等对航空摄影的影响，提高航拍质量和效率。陀螺稳定座架中的角度传感器采用的是倾角传感器，倾角传感器在高频工作环境下输出的角度信息失真，导致陀螺稳定座架在高频环境下无法正常工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法，使陀螺稳定座架在高频环境下能正常工作，提高陀螺稳定座架环境适应性。
本发明的技术方案如下：
一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法，包括如下步骤：
1)对陀螺稳定座架所处的环境频率进行判定
当环境频率f等于或者小于a时，倾角传感器处于敏感有效状态；
当环境频率f大于a时，倾角传感器处于敏感信息失真状态；
2)倾角传感器处于敏感有效状态时，采用下述步骤确定陀螺稳定座架角度
a)利用下式确定倾角传感器敏感到的陀螺稳定座架角度AI(s)
其中：τ为倾角传感器的时间常数；s为拉普拉斯变换因子
b)利用低通滤波器传递函数进行角度信息处理
其中：F1(s)为低通滤波器传递函数；Ts＝2πf；
c)利用下式确定融合滤波后的陀螺稳定座架角度
Ao＝AI(s)F1(s)
3)倾角传感器处于敏感信息失真状态时，采用下述步骤确定陀螺稳定座架角度
a)确定速率陀螺敏感到陀螺稳定座架的角速度信号Vg(s)＝1
其中，Vg(s)为速率陀螺传递函数；
b)利用高通滤波器对角速度信号进行滤波处理
其中，F2(s)为高通滤波器传递函数；
c)利用下式确定融合滤波后的陀螺稳定座架角度
Ao＝sVg(s)F2(s)。
所述步骤1)中的a为判定频率值，取2～2.5赫兹
本发明的显著效果在于：采用信息融合的方法解决了倾角传感器在高频时敏感到的陀螺稳定座架角度信息失真问题。当陀螺稳定座架处于不大于某一环境频率的工作环境下，采用请教传感器敏感到的角度信号通过低通滤波后作为陀螺稳定座架的角度信息；当陀螺稳定座架处于小于某一环境频率的工作环境下，采用速率陀螺敏感到的角速度信号通过高通滤波后进行积分运算作为陀螺稳定座架的角度信息，实现了陀螺稳定座架利用自身的传感器(倾角传感器和速率陀螺)准确敏感陀螺稳定座架角度信息的功能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
1)对陀螺稳定座架所处的环境频率进行判定
当环境频率等于或者小于a时，倾角传感器处于敏感有效状态；
当环境频率大于a时，倾角传感器处于敏感信息失真状态；
其中：a为判定频率值，取2～2.5赫兹。
2)倾角传感器处于敏感有效状态时，采用下述步骤确定陀螺稳定座架角度
a)利用下式确定倾角传感器敏感到的陀螺稳定座架角度AI(s)
其中：τ为倾角传感器的时间常数；s为拉普拉斯变换因子
b)利用低通滤波器传递函数进行角度信息处理
其中：F1(s)为低通滤波器传递函数；Ts＝2πf，f为环境频率；
c)利用下式确定融合滤波后的陀螺稳定座架角度
Ao＝AI(s)F1(s)
3)倾角传感器处于敏感信息失真状态时，采用下述步骤确定陀螺稳定座架角度
a)确定速率陀螺敏感到陀螺稳定座架的角速度信号Vg(s)＝1
其中，Vg(s)为速率陀螺传递函数；
b)利用高通滤波器对角速度信号进行滤波处理
其中，F2(s)为高通滤波器传递函数
c)利用下式确定融合滤波后的陀螺稳定座架角度
Ao＝sVg(s)F2(s)

Claims (2)

1.一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)对陀螺稳定座架所处的环境频率进行判定
当环境频率f等于或者小于a时，倾角传感器处于敏感有效状态；
当环境频率f大于a时，倾角传感器处于敏感信息失真状态；
2)倾角传感器处于敏感有效状态时，采用下述步骤确定陀螺稳定座架角度
a)利用下式确定倾角传感器敏感到的陀螺稳定座架角度AI(s)
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mi>I</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>&amp;tau;</mi> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中：τ为倾角传感器的时间常数；s为拉普拉斯变换因子
b)利用低通滤波器传递函数进行角度信息处理
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>)</mo> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> </mrow>
其中：F1(s)为低通滤波器传递函数；Ts＝2πf；
c)利用下式确定融合滤波后的陀螺稳定座架角度
Ao＝AI(s)F1(s)
3)倾角传感器处于敏感信息失真状态时，采用下述步骤确定陀螺稳定座架角度
a)确定速率陀螺敏感到陀螺稳定座架的角速度信号Vg(s)＝1
其中，Vg(s)为速率陀螺传递函数；
b)利用高通滤波器对角速度信号进行滤波处理
<mrow> <msub> <mi>F</mi> <mn>2</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>s</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;tau;T</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msup> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;tau;T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mi>s</mi> </mrow> <mrow> <msubsup> <mi>&amp;tau;T</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <msup> <mi>s</mi> <mn>3</mn> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>T</mi> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>&amp;tau;T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mi>s</mi> <mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>T</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;tau;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>s</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，F2(s)为高通滤波器传递函数；
c)利用下式确定融合滤波后的陀螺稳定座架角度
Ao＝sVg(s)F2(s)。
2.如权利要求1所述的一种基于信息融合滤波的陀螺稳定座架角度确定方法，其特征在于：所述步骤1)中的a为判定频率值，取2～2.5赫兹。
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