Метод фильтрации шумов в сигнале гироскопического датчика на основе адаптивного альфа-бета-фильтра Калмана
Бесплатный доступ
Для обеспечения стабилизации полета беспилотного летательного аппарата (БпЛА) мультироторного типа необходимо обрабатывать данные с микромеханических датчиков, установленных на борту, и преобразовывать их в управляющие сигналы. В процессе эксплуатации на БпЛА действует множество внешних и внутренних факторов, что приводит к возникновению шумов в данных типах датчиков. Шумы негативно сказываются на работе системы управления аппаратом. Особенно подвержены шумам сигналы гироскопа, на основе которых рассчитываются угловые скорости и углы наклона аппарата относительно оси ординат. Для решения данной проблемы в работе представлен метод фильтрации шумов в сигнале гироскопического датчика для дифференциальной составляющей пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора (ПИД). Разработанный метод реализован в виде взаимосвязанной адаптивной системы из двух фильтров и позволяет отфильтровать в исходном сигнале гироскопического датчика высокочастотные электрические шумы, вибрации, вызываемые моторами и резонансными колебаниями рамы БпЛА. В ходе проведенных натурных экспериментов метрика сигнал/шум для обработанных данных достигла максимального значения в 8,40 дБ, что значительно лучше по сравнению с другими научными подходами.
Фильтрация данных, гироскопический датчик, беспилотные летательные аппараты, альфа-бета-фильтр калмана
Короткий адрес: https://sciup.org/147246004
IDR: 147246004 | DOI: 10.14529/mmph240402
Список литературы Метод фильтрации шумов в сигнале гироскопического датчика на основе адаптивного альфа-бета-фильтра Калмана
- Brownrigg, D.R.K. The Weighted Median Filter / D.R.K. Brownrigg // Communications of the ACM. - 1984. - Vol. 27, no. 8. - pp. 807-818.
- Moving Average Filter Based Phase-Locked Loops: Performance Analysis and Design Guidelines / S. Golestan, M. Ramezani, J.M. Guerrero ee al. // IEEE transactions on power electronics. -2013. - Vol. 29, no. 6. - P. 2750-2763.
- Greene, N. Creating Raster Omnimax Images From Multiple Perspective Views Using the Elliptical Weighted Average Filter / N. Greene, P.S. Heckbert // IEEE Computer Graphics and Applications. - 1986. - Vol. 6, no. 6. - P. 21-27.
- Design Strategy for Biquad-Based Continuous-Time Low-Pass Filters / P. Monsurro, S. Pennisi, G. Scotti, A. Trifiletti // 2011 20th European Conference on Circuit Theory and Design (ECCTD). -IEEE, 2011. - P. 385-388.
- Matthaei, G.L. Tables of Chebyshev impedance-transforming networks of low-pass filter form / G.L. Matthaei // Proceedings of the IEEE. - 1964. - Vol. 52. - №. 8. - P. 939-963.
- Roberts, J. Use of the Butterworth Low-Pass Filter for Oceanographic Data / J. Roberts, T.D. Roberts // Journal of Geophysical Research: Oceans. - 1978. - Vol. 83, Iss. C11. - P. 5510-5514.
- Yang J., Wu W. Compact Elliptic-Function Low-Pass Filter Using Defected Ground Structure // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2008. - Т. 18, no. 9. - P. 578-580.
- Сорокин Г. А. Фильтры нижних частот // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника». - 2015. -Т. 15, № 1. - С. 100-107.
- Hirano, K. Design of Digital Notch Filters / K. Hirano, S. Nishimura, S. Mitra // IEEE Transactions on Communications. - 1974. - Vol. 22, no. 7. - P. 964-970.
- Smith, A.P. Agreement Level of Running Temporal Measurements, Kinetics, and Force-Time Curves Calculated from Inertial Measurement Units: PhD thesis / A.P. Smith. - East Tennessee State University, 2021.
- Penoyer, R. The Alpha-Beta Filter / R. Penoyer // The C Users Journal archive. - 1993. -Vol. 11, Iss. 7. - P. 73-86.
- Kaba A. Unscented Kalman filter based attitude estimation of a quadrotor. Journal of Aeronautics and Space Technologies. - 2021. - Vol. 14, no. 1. - P. 79-88.
- Эффективное функционирование смешанной неоднородной команды в коллаборативной робототехнической системе / Р.Р. Галин, А.А. Широкий, Е.А. Магид и др. // Информатика и автоматизация. - 2021. - № 6 (20). - C. 1224-1253.
- Мещеряков, Р.В. Интеллектуальные робототехнические системы / Р.В. Мещеряков // Датчики и системы. - 2024. - № 2 (274). - С. 12-17.
- Мещеряков Р.В., Широков А.С. Постановка задачи гетерогенного группового взаимодействия роботов при решении задач умного сада // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Математика. Механика. Физика». - 2024. - Т. 16, № 2. - С. 41-49.
- Моделирование задач транспортировки грузов в беспилотной авиационной транспортной системе / А.А. Захарова, В.П. Кутахов, Р.В. Мещеряков и др. // Авиакосмическое приборостроение. - 2023. - № 3. - С. 3-15.
- Galin R., Meshcheryakov R., Mamchenko M. Simple Task Allocation Algorithm in a Collaborative Robotic System / R. Galin, R. Meshcheryakov, M. Mamchenko // Frontiers in Robotics and Electromechanics. Smart Innovation, Systems and Technologies. - 2023. - no. 329. - P. 433-447.
- Evaluation of EEG data for zonal affiliation of brain waves by leads in a robot control task / D. Wolf, Y. Turovsky, A. Iskhakova, R. Meshcheryakov // Interactive Collaborative Robotics. ICR 2023. Lecture Notes in Computer Science. - 2023. - Vol. 14214. - P. 103-115. Springer, Cham.
