本發(fā)明涉及高精度姿態(tài)控制，具體涉及一種基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、傳統(tǒng)的姿態(tài)控制慣性導航系統(tǒng)雖然能夠在沒有外部參考信號的情況下進行自主導航，但存在誤差累積的問題，長期使用會導致導航精度下降。

2、傳統(tǒng)的測試和驗證方法往往需要在實際物理設備上進行，這不僅耗時耗力，而且風險較高。因此，提高姿態(tài)控制慣性導航系統(tǒng)的精度和可靠性，以及提供一種高效、安全的測試和驗證方法成為了研究的重點。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)及方法，以解決傳統(tǒng)姿態(tài)控制慣性導航系統(tǒng)在長期運行中精度下降的問題，并提供一種高效、安全的測試和驗證方法。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明目的之一是提供一種基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)，包括：

3、數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊負責實時采集慣性導航系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，包括加速度和角速度，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌鳎?/p>

4、建立云端服務器，所述建立云端服務器用于接收來自數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，并利用高性能計算資源和復雜的算法模型，構建出與實際物理系統(tǒng)高度相似的三維數(shù)據(jù)重構模型；

5、三維數(shù)據(jù)重構模型，構建三維數(shù)據(jù)重構模型是整個系統(tǒng)的核心部分，它能夠實時模擬物理系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)動態(tài)更新模型，通過對三維數(shù)據(jù)重構模型的分析，得到物理系統(tǒng)的優(yōu)化建議和預測結果。

6、進一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊采用多種傳感器技術，包括mems加速度計、陀螺儀，以確保數(shù)據(jù)的多樣性和準確性。

7、進一步地，所述云端服務器還存儲歷史數(shù)據(jù)和分析結果，為用戶提供一個全面的數(shù)據(jù)支持平臺。

8、進一步地，采取數(shù)據(jù)驅動的三維數(shù)據(jù)重構模型，將探測器回采的數(shù)據(jù)在軟件界面中進行有效性標定，繼而觸發(fā)相關的控制命令到飛行器上進行姿態(tài)調教，不斷迭代此過程來增加導航精度；

9、進一步地，建立了基于pc端的用戶界面，為用戶提供一個友好的操作入口，用戶查看物理系統(tǒng)的實時狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和分析結果，根據(jù)需要調整系統(tǒng)的參數(shù)設置。

10、基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供一種基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航方法，具體步驟如下：

11、s1：探測器數(shù)據(jù)及其通訊相關，通過串口接收來自外部設備的數(shù)據(jù)被存儲在緩存區(qū)中,再從緩存區(qū)中提取所需數(shù)據(jù)，并按照通訊協(xié)議進行解碼，數(shù)據(jù)會被經由mqtt協(xié)議轉發(fā)至騰訊云服務器進行序列化至云數(shù)據(jù)庫中；

12、s2：終端操作模式，用戶通過直連探測器的本地pc進行操作，或在遠程設備進行遠程訪問，根據(jù)系統(tǒng)的實際運行情況，調整iotdb和emqx的相關參數(shù)，以優(yōu)化系統(tǒng)的性能，云服務器端部署mqtt服務器，將從數(shù)據(jù)源pc端傳來的數(shù)據(jù)轉發(fā)至第三方的移動設備中；

13、s3：三維數(shù)據(jù)重構模型，首先是設定一個期望值或目標，這是控制系統(tǒng)希望達到的狀態(tài)；通過傳感器測量被控對象的實際輸出值，將期望值與實際輸出值進行對比，計算出兩者之間的誤差，將計算出的控制量應用到被控對象上，使其朝著減小誤差的方向調整，這個過程會不斷重復，直到實際輸出值接近或達到期望值為止；

14、s4：噴管3d場景構建，使用數(shù)字工具繪制噴管的草圖，包括主要部件和布局，blender繪制噴管零部件；

15、s5：pc操作界面：為用戶提供一個pc端的友好的操作界面，用戶可以查看物理系統(tǒng)的實時狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和分析結果，根據(jù)需要調整系統(tǒng)的參數(shù)設置。

16、進一步地，所述s2終端操作模式：如果系統(tǒng)需要處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)或更高的并發(fā)量，考慮對iotdb和emqx進行水平擴展或集群部署。通過apache?iotdb與emqx的組合，高效地將mqtt消息存儲到時序數(shù)據(jù)庫中，滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域中海量數(shù)據(jù)存儲、高吞吐量數(shù)據(jù)寫入和復雜數(shù)據(jù)查詢分析的需求。

17、進一步地，所述s4噴管3d場景構建具體步驟為：

18、1)cad繪制完畢后導入unreal?engine中使用內置的建模工具或導入外部模型文件來進行精細調整，保持合理的多邊形數(shù)量，以平衡細節(jié)和性能；

19、2)為噴管的不同部分創(chuàng)建合適的材質，使用ue5的物理渲染管線材質，以獲得更真實的效果；

20、3)使用substance?designer創(chuàng)建自定義紋理，確保紋理貼圖的分辨率和比例與模型相匹配，調整材質的各項參數(shù)，以達到理想的視覺效果；

21、4)在場景中布置適當?shù)墓庠矗M真實的光照效果，使用ue5的后期處理體積調整場景的參數(shù)；

22、5)通過關卡藍圖完成人機交互所需要的動畫過程，完成ue5場景和pc程序的通信模塊，包含通信協(xié)議和具體的通信實現(xiàn)，完成所有調整后，進行最終渲染輸出，最終形成3d場景程序。

23、進一步地，所述s5?pc端操作具體為：采用qt開發(fā)，開發(fā)過程遵循mvc架構，將應用程序劃分為模型、視圖和控制器三個核心部分，模型負責管理應用程序的數(shù)據(jù)；視圖負責呈現(xiàn)模型中的數(shù)據(jù)給用戶，接收用戶的輸入并反饋給模型；控制器負責處理用戶的輸入事件，將用戶的請求傳遞給模型，控制器充當模型和視圖之間的協(xié)調者，確保視圖與模型的數(shù)據(jù)同步。

24、本發(fā)明上述一個或多個技術方案，至少具有如下一種或多種技術效果：

25、采用多種傳感器技術的數(shù)據(jù)采集模塊，提高系統(tǒng)適用性。

26、利用云端服務器接收數(shù)據(jù)，構建與實際物理系統(tǒng)高度相似的數(shù)字孿生模型。

27、數(shù)字孿生模型可以實時模擬物理系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使得物理系統(tǒng)的運行狀態(tài)變的十分直觀，提高物理系統(tǒng)運行分析效率。

28、pc端的用戶界面，為用戶提供一個友好的操作入口，用戶可以查看物理系統(tǒng)的實時狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和分析結果，提高工作效率。亦可隨時調整系統(tǒng)參數(shù)，觀察物理系統(tǒng)的運行狀態(tài)變化，直觀而高效。

技術特征：

1.一種基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集模塊采用多種傳感器技術，包括mems加速度計、陀螺儀，以確保數(shù)據(jù)的多樣性和準確性。

3.根據(jù)權利要求1所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)，其特征在于：所述云端服務器還存儲歷史數(shù)據(jù)和分析結果，為用戶提供一個全面的數(shù)據(jù)支持平臺。

4.根據(jù)權利要求1所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)，其特征在于：采取數(shù)據(jù)驅動的三維數(shù)據(jù)重構模型，將探測器回采的數(shù)據(jù)在軟件界面中進行有效性標定，繼而觸發(fā)相關的控制命令到飛行器上進行姿態(tài)調教，不斷迭代此過程來增加導航精度。

5.根據(jù)權利要求1所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)，其特征在于：建立了基于pc端的用戶界面，為用戶提供一個友好的操作入口，用戶查看物理系統(tǒng)的實時狀態(tài)、歷史數(shù)據(jù)和分析結果，根據(jù)需要調整系統(tǒng)的參數(shù)設置。

6.根據(jù)權利要求1-5任意一項所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)的導航方法，其特征在于，具體步驟如下：

7.根據(jù)權利要求6所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航方法，其特征在于，所述s2終端操作模式：如果系統(tǒng)需要處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)或更高的并發(fā)量，考慮對iotdb和emqx進行水平擴展或集群部署，通過apache?iotdb與emqx的組合，高效地將mqtt消息存儲到時序數(shù)據(jù)庫中，滿足工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領域中海量數(shù)據(jù)存儲、高吞吐量數(shù)據(jù)寫入和復雜數(shù)據(jù)查詢分析的需求。

8.根據(jù)權利要求6所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航方法，其特征在于，所述s4噴管3d場景構建具體步驟為：

9.根據(jù)權利要求6所述的基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航方法，其特征在于，所述s5?pc端操作具體為：采用qt開發(fā)，開發(fā)過程遵循mvc架構，將應用程序劃分為模型、視圖和控制器三個核心部分，模型負責管理應用程序的數(shù)據(jù)；視圖負責呈現(xiàn)模型中的數(shù)據(jù)給用戶，接收用戶的輸入并反饋給模型；控制器負責處理用戶的輸入事件，將用戶的請求傳遞給模型，控制器充當模型和視圖之間的協(xié)調者，確保視圖與模型的數(shù)據(jù)同步。

技術總結
本發(fā)明一種基于三維數(shù)據(jù)重構的慣性導航系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊，所述數(shù)據(jù)采集模塊負責實時采集慣性導航系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，包括加速度和角速度，并將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫朔掌鳎唤⒃贫朔掌鳎鼋⒃贫朔掌饔糜诮邮諄碜詳?shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，并利用高性能計算資源和復雜的算法模型，構建出與實際物理系統(tǒng)高度相似的三維數(shù)據(jù)重構模型；三維數(shù)據(jù)重構模型，構建三維數(shù)據(jù)重構模型是整個系統(tǒng)的核心部分，它能夠實時模擬物理系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)動態(tài)更新模型，通過對三維數(shù)據(jù)重構模型的分析，得到物理系統(tǒng)的優(yōu)化建議和預測結果。本發(fā)明采用多種傳感器技術的數(shù)據(jù)采集模塊，提高系統(tǒng)適用性。

技術研發(fā)人員：冀巍,楊婷,曹亞亭,邸海云,張丹靜
受保護的技術使用者：內蒙航天動力機械測試所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/4/28