南京模幻天空航空科技有限公司;南京迈杰科信息技术有限公司蔡亮获国家专利权
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龙图腾网获悉南京模幻天空航空科技有限公司;南京迈杰科信息技术有限公司申请的专利用于震动环境下的无云台动态补偿水流速测量系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120275675B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-19发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510756616.X,技术领域涉及:G01P21/02;该发明授权用于震动环境下的无云台动态补偿水流速测量系统是由蔡亮;陈尧设计研发完成,并于2025-06-09向国家知识产权局提交的专利申请。
本用于震动环境下的无云台动态补偿水流速测量系统在说明书摘要公布了:本发明公开了用于震动环境下的无云台动态补偿水流速测量系统,包括多源传感器模块、动态运动补偿模块、自适应卡尔曼滤波器组和数据可信度评估模块;多源传感器模块用于分别采集平台姿态信息、水流原始速度以及平台高度;动态运动补偿模块包括姿态解算子模块和误差计算子模块,实现无云台结构条件下的流速动态补偿;自适应卡尔曼滤波器组包括角速度滤波器和流速滤波器,角速度滤波器根据平台角运动强度动态调整滤波参数,流速滤波器根据雷达测得水流信号的有效性动态切换处理策略;数据可信度评估模块,用于基于滑动窗口方差‑趋势联合检测算法进行稳定性判断。本发明融合姿态解算与运动补偿,实现震动环境下无云台平台水流速精准测量。
本发明授权用于震动环境下的无云台动态补偿水流速测量系统在权利要求书中公布了:1.用于震动环境下的无云台动态补偿水流速测量系统,其特征在于,包括多源传感器模块、动态运动补偿模块、自适应卡尔曼滤波器组和数据可信度评估模块; 所述多源传感器模块包括三轴MEMS惯性测量单元、毫米波雷达流速传感器和超声波高度计,用于分别采集平台姿态信息、水流原始速度以及平台高度; 所述动态运动补偿模块包括姿态解算子模块和误差计算子模块,所述姿态解算子模块用于基于所述平台姿态信息进行姿态解算,实时估算平台在震动状态下的姿态变化;所述误差计算子模块根据平台姿态信息和角速度变化情况,去除所述水流原始速度中由平台自身运动引入的误差速度分量,实现无云台结构条件下的流速动态补偿; 所述自适应卡尔曼滤波器组包括角速度滤波器和流速滤波器,所述角速度滤波器根据平台角运动强度动态调整滤波参数,所述流速滤波器根据雷达测得水流信号的有效性动态切换处理策略,分别针对零值、小信号和有效信号进行不同的滤波处理; 所述数据可信度评估模块,用于基于滑动窗口方差-趋势联合检测算法,对动态补偿及滤波处理后的水流测量数据进行稳定性判断; 所述姿态解算子模块采用Mahony互补滤波算法与四阶龙格-库塔积分方法对平台姿态信息进行姿态解算,所述Mahony互补滤波算法基于三轴陀螺仪和加速度计测量信息,通过非线性误差反馈实现角速度修正,包括: 设为平台在时刻的姿态四元数,表示平台从惯性坐标系到机体坐标系的旋转状态,初始值为单位四元数; 获取三轴陀螺仪测得的角速度向量,其中分别为绕X、Y、Z轴的角速度,并获取加速度计测得的重力方向向量; 基于姿态四元数计算当前估算的重力方向向量: ; 其中,表示姿态四元数的共轭四元数,表示四元数乘法运算; 将加速度计测得的重力方向向量与当前估算的重力方向向量进行向量叉乘运算,得到重力方向误差向量; 构造带比例-积分反馈的校正角速度向量: ; 其中,表示比例增益系数,表示积分增益系数,表示重力方向误差向量的时间积分,并对应构造校正角速度四元数; 采用四阶龙格-库塔积分方法对四元数微分方程进行数值积分,积分时间步长为,更新过程为: ; ; ; ; 最终更新后的姿态四元数为: ; 其中,、、和表示龙格-库塔积分的中间增量,反映微分变化趋势,表示更新后的姿态四元数; 所述误差计算子模块包括雷达安装参数在线校准单元、波束方向补偿单元和运动误差速度补偿单元; 所述雷达安装参数在线校准单元用于结合姿态解算子模块输出的更新后的姿态四元数,实时修正毫米波雷达在机体坐标系中的安装位置参数,所述安装位置参数在线校准功能满足: ; 其中,表示毫米波雷达在机体坐标系下的安装位置向量,和表示毫米波雷达在机体水平面内的标称安装位置,和表示水平安装偏差的在线修正值,表示列向量形式; 所述波束方向补偿单元根据雷达波束方向与水平面之间的夹角,计算波束方向补偿因子: ; 其中,表示雷达波束方向在平台水平面的投影,基于姿态四元数对静态波束方向向量旋转得到,表示范数; 所述运动误差速度补偿单元计算平台自身在三维空间内的旋转运动对水流原始速度的误差速度分量: ; 其中,表示误差速度分量,表示从机体坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵,表示角速度向量; 将所述误差速度分量从水流原始速度中去除,实现在无云台结构条件下,对平台运动引入误差的动态补偿。
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