[发明专利]一种基于光纤光栅传感器和机翼模态的柔性基线动态预测方法

说明书

本发明公开了一种基于光纤光栅传感器和机翼模态的柔性基线动态预测方法，该方法利用基于结构应变响应的模态叠加原理计算结构位移量和子节点间的基线量，再由基于柔性基线实时数据建立的基线动态模型预测未来时刻的基线量变化情况；利用模态法减小计算量和动态建模对柔性基线超前预测以解决由于实测应变量到基线量解算耗时引起实时传递对准时间延迟的问题，有助于实现子节点高精度位姿实时传递对准。本发明可以用于显著提高传递对准的实时性，弥补以往基线求解与估计方法研究的不足。

技术领域

本发明属于导航领域，一种基于光纤光栅传感器和机翼模态的柔性基线动态预测方法。

背景技术

近年来，机载分布式POS(Position and Orientation System)以其能实现多节点测量、位姿精度高等特点，在航空及国防军事领域，特别是多任务成像载荷高精度对地观测领域得到了广泛应用。作为分布式主节点辅助对准子节点位姿的技术，传递对准是分布式POS的关键性技术，然而传递对准技术目前在柔性杆臂条件和实时动态对准两方面尚需进一步研究。一方面，从柔性基线测量方法上看，已有的基于光纤光栅传感器应变通过拟合获得位移的方法，计算量相对较大导致快速性差，不适合动态测量；另一方面，基于光纤光栅传感器所测应变量向基线量的转化计算本身需要时间，而在实际飞行过程中，主、子节点间传递对准和传感器对当前机翼的应变测量同时进行，因而传感器当前测量时刻转换的基线量无法实时用于当前时刻传递对准过程，导致时间不同步问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为弥补现有机载分布式POS位姿测量方法在柔性基线条件下动态测量研究的不足，提供一种基于光纤光栅传感器和机翼模态的柔性基线动态预测方法，在实现柔性基线快速测量的同时，用动态预测的方法补偿实时传递对准和柔性基线值测量之间的时间不同步，进而提高分布式系统子节点的位姿精度。

本发明采用的技术方案为：一种基于光纤光栅传感器和机翼模态的柔性基线动态预测方法，包括如下步骤：

步骤一、利用对称粘贴于机翼上下表面测点处的光纤光栅传感器，测量机翼发生动态形变时的应变量；

步骤二、利用机翼仿真模型提取的机翼模态信息求解机翼应变量到位移量的模态转移矩阵，再利用模态转移矩阵和步骤一中测量机翼动态形变时的测点应变量求解横向、轴向位移量和柔性基线量；

步骤三、根据求解得到的柔性基线量确定柔性基线模型阶数和动态参数，得到动态模型；再根据动态模型对柔性基线量进行超前预测估计，实现对动态形变下柔性基线的预测输出。

所述步骤二中，包括以下步骤：

(1)首先，在机翼结构参数已知条件下利用仿真软件构建机翼仿真模型，由机翼仿真模型提取的轴向应变模态矩阵[ψ_u]、轴向位移模态矩阵和横向位移模态矩阵得出轴向转移矩阵DST_u和横向转移矩阵DST_w：

(2)然后，以机翼自身重力作用下的变形状态为初始状态，利用光纤光栅传感器实测的应变量求取受力作用下的轴向和横向位移量：

其中，表示光纤光栅传感器测量所得的N个测点处应变值，dy、dz分别是机翼受力变形相对于初始重力状态的轴向、横向位移量；

(3)最后，根据求解得到的轴向、横向位移量，借助坐标转换原理计算求取柔性基线量。

所述步骤三中，包括以下步骤：

(1)首先，根据光纤光栅应变解调频率选定柔性基线量预测的单位数组长度，将由实测应变量转换而来的基线量序列分割为多个包含相同个数基线值的基线量单位数组；

(2)根据基线量单位数组利用AIC准则确定模型阶数；