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一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法

阅读:890发布:2024-02-12

专利汇可以提供一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于阵列预估计的助航LED 光源 快速稳定方法,该方法包括以下步骤:根据FAA等航空运行规范,计算LED光源系统的单光源 亮度 ;根据上述计算结果和各系统光源的自身特性曲线,推出光源系统的初始脉冲驱动矩阵;采用阵列预估计 算法 对输出矩阵进行常态快速监测,生成系统的状态矩阵;对系统的驱动矩阵进行调整,对待控位施加控制量,实现系统光源的快速稳定。该发明具有快速高效,并可显著提高助航LED光源系统的可靠性,对于航空安全具有非常有益的应用成效。,下面是一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法专利的具体信息内容。

1.一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
A.根据FAA等航空运行规范,计算LED光源系统的单光源亮度
B.根据上述计算结果和各系统光源的自身特性曲线,推出光源系统的初始脉冲驱动矩阵;
C.采用阵列预估计算法对输出矩阵进行常态快速监测,生成系统的状态矩阵;
D.对系统的驱动矩阵进行调整,对待控位施加控制量,实现系统光源的快速稳定。
2.如权利要求1所述的基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,其特征在于:所述步骤A的具体实现方式为:
假设标识系统的光源结构为:标识系统由M组灯体组成,每组灯体又由N个LED光源构成,记光源亮度矩阵为LDm×n,各色光源的白平衡占比矩阵记为(Wp)m×n,单光源颜色矩阵记为(Co)m×n,调节矩阵(Aj)m×n,单位亮度记为Bm×n,单组灯体的单位点数矩阵记为Nm×n,则系统光源的单光源亮度矩阵为:
定位到任意一个LED单光源的单管亮度元素为:
3.如权利要求2所述的基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,其特征在于:所述步骤B的具体实现方式为:
将亮度矩阵中单一元素利用反正切函数,变换为自身特性曲线对应的单管驱动电流,表示为:
则系统电流驱动矩阵表示为:
考虑到助航灯光系统的脉冲调制驱动,占空比调制矩阵记为
dim表示各单管元素的脉冲调制占空比;
则脉冲电流驱动矩阵(DDI)m×n为:
即,
4.如权利要求3所述的基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,其特征在于:所述步骤C的具体实现方式为:
设(t0-1)和(t0)分别表示助航灯光系统的前一状态和现在状态,为实现不需外加硬件监测装置,保证系统的简洁性和可靠性,对系统输出加入软件监测内容,该部分可用基本的I/O读取系统驱动IC中的数值即可,内容记为(SC)m×n,其高斯白噪声记为(VG)m×n;系统的最优状态矩阵记为(SR)m×n,系统控制量参数记为(To)m×n,系统过程高斯白噪声记为(VP)m×n,预测系统的协方差矩阵记为(Cov)m×n;另,系统参数矩阵设和监测参数矩阵设为E;
则助航灯光系统的阵列预估计模型为:
即,
考虑软件监测高斯白噪声的前提下,状态监测矩阵(SN)m×n为:
即,
基于上一状态(t0-1)得到当前状态(t0)的预测系统协方差矩阵为:
即,
P表示系统过程的期望收敛点矩阵,设Pi∈(0,1e-6],系统增益矩阵Km×n为:
R表示系统增益回归过程中的期望收敛点矩阵,设为(0,1e-1];
综上,系统的阵列预估计算法模型为:
即,
系统的当前状态矩阵最优估计为:
5.如权利要求4所述的基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,其特征在于:所述步骤D的具体实现方式为:
系统的状态矩阵相对目标的偏置矩阵记为Δmn,系统的目标输出矩阵记为(Ta)mn,则偏置矩阵Δmn为:
Δmn=(Ta)mn-(SR)mn
设系统的冗余量参数为6,另设置一个全1矩阵(AO)m×n,则系统的稳定控制矩阵为:
(CTr)m×n=Δmn-δ·(AO)m×n
只需对系统输入(CTr)m×n控制,即可在阵列预估计的基础上,针对各类干扰、衰减和偏移完成助航LED光源快速稳定控制。

说明书全文

一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法

技术领域

[0001] 本发明属于计算机通信和航空安全技术领域,具体涉及一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法。

背景技术

[0002] 助航灯光系统是关乎航空安全顺畅运行的基础支撑系统之一,由于行业安全敏感性,助航光源的稳定性亮度都有严格的FAA规范,特别是跑道、滑行道的助航灯光系统,决定着航空安全的最初和最后一道关卡,其重要性不言而喻。而随着节能减排理念和新光源技术的发展,高亮度LED光源被广泛应用于跑道、滑行道关闭标识系统,目前对于这类LED光源系统的稳定性监控依赖于专的输出监测装置,不仅增加了装置复杂程度和运行成本,而且降低了设备可靠性,具有很大的安全隐患。

发明内容

[0003] 为解决上述问题,本发明提供了一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,既保留了硬件监测的快速性,又大大降低系统复杂性,从而提高系统稳定性。
[0004] 本发明的技术方案为:
[0005] 一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
[0006] A.根据FAA等航空运行规范,计算LED光源系统的单光源亮度;
[0007] B.根据上述计算结果和各系统光源的自身特性曲线,推出光源系统的初始脉冲驱动矩阵;
[0008] C.采用阵列预估计算法对输出矩阵进行常态快速监测,生成系统的状态矩阵;
[0009] D.对系统的驱动矩阵进行调整,对待控位施加控制量,实现系统光源的快速稳定。
[0010] 进一步的,所述步骤A的具体实现方式为:
[0011] 假设标识系统的光源结构为:标识系统由M组灯体组成,每组灯体又由N个LED光源构成,记光源亮度矩阵为LDm×n,各色光源的白平衡占比矩阵记为(Wp)m×n,单光源颜色矩阵记为(Co)m×n,调节矩阵(Aj)m×n,单位亮度记为Bm×n,单组灯体的单位点数矩阵记为Nm×n,则系统光源的单光源亮度矩阵为:
[0012]
[0013] 则定位到任意一个LED单光源的单管亮度元素为:
[0014]
[0015] 进一步的,所述步骤B的具体实现方式为:
[0016] 将亮度矩阵中单一元素利用反正切函数,变换为自身特性曲线对应的单管驱动电流,表示为:
[0017]
[0018] 则系统电流驱动矩阵表示为:
[0019]
[0020] 考虑到助航灯光系统的脉冲调制驱动,占空比调制矩阵记为
[0021]
[0022] dim表示各单管元素的脉冲调制占空比;
[0023] 则脉冲电流驱动矩阵(DDI)m×n为:
[0024]
[0025] 即,
[0026]
[0027] 进一步的,所述步骤C的具体实现方式为:
[0028] 设(t0-1)和(t0)分别表示助航灯光系统的前一状态和现在状态,为实现不需外加硬件监测装置,保证系统的简洁性和可靠性,对系统输出加入软件监测内容,该部分可用基本的I/O读取系统驱动IC中的数值即可,内容记为(SC)m×n,其高斯白噪声记为(VG)m×n;系统的最优状态矩阵记为(SR)m×n,系统控制量参数记为(To)m×n,系统过程高斯白噪声记为(VP)m×n,预测系统的协方差矩阵记为(Cov)m×n;另,系统参数矩阵设和监测参数矩阵设为E;
[0029] 则助航灯光系统的阵列预估计模型为:
[0030]
[0031] 即,
[0032] 考虑软件监测高斯白噪声的前提下,状态监测矩阵(SN)m×n为:
[0033]
[0034] 即,
[0035] 基于上一状态(t0-1)得到当前状态(t0)的预测系统协方差矩阵为:
[0036]
[0037] 即,
[0038] P表示系统过程的期望收敛点矩阵,设Pi∈(0,1e-6],系统增益矩阵Km×n为:
[0039]
[0040] R表示系统增益回归过程中的期望收敛点矩阵,设为(0,1e-1];
[0041] 综上所述,系统的阵列预估计算法模型为:
[0042]
[0043] 即,
[0044]
[0045] 系统的当前状态矩阵最优估计为:
[0046]
[0047] 进一步的,所述步骤D的具体实现方式为:
[0048] 系统的状态矩阵相对目标的偏置矩阵记为Δmn,系统的目标输出矩阵记为(Ta)mn,则偏置矩阵Δmn为:
[0049] Δmn=(Ta)mn-(SR)mn
[0050] 设系统的冗余量参数为δ,另设置一个全1矩阵(AO)m×n,则系统的稳定控制矩阵为:
[0051] (CTr)m×n=Δmn-δ·(AO)m×n
[0052] 只需对系统输入(CTr)m×n控制,即可在阵列预估计的基础上,针对各类干扰、衰减和偏移完成助航LED光源快速稳定控制。
[0053] 本发明的有益效果是:能够不依赖额外配置的输出监测装置就能实现LED光源系统的输出状态监测,通过阵列预估计算法,实现快速监测响应和稳定实施,既降低了系统的复杂度,提高可靠度和稳定性,又具有传统外置硬件监测的时效性。附图说明
[0054] 图1为系统总体实施流程图
[0055] 图2为阵列预估计算法实施流程图。

具体实施方式

[0056] 参照图1系统总体实施流程图,一种基于阵列预估计的助航LED光源快速稳定方法,所述方法包括以下步骤:
[0057] A.根据FAA等航空运行规范,计算LED光源系统的单光源亮度。
[0058] 目前跑道、滑行道关闭标识系统光源通常采用单体组合光源,每个单灯体又由多个LED单光源通过多路串并联组合而成。以跑道关闭标识系统为例,假设标识系统的光源结构如下:标识系统由M组灯体组成,每组灯体又由N个LED光源构成,记光源亮度矩阵为LDm×n;各色光源的白平衡占比矩阵记为(Wp)m×n,单光源颜色矩阵记为
[0059] (Co)m×n,调节矩阵(Aj)m×n,单位亮度记为Bm×n,单组灯体的单位点数矩阵记为Nm×n,则系统光源的单光源亮度矩阵计算如下:
[0060]
[0061] 那么,定位到任意一个LED单光源的单管亮度元素计算公式为:
[0062]
[0063] B.根据上述LED单光源的单管亮度计算结果和各系统光源的自身特性曲线,推出光源系统的初始脉冲电流驱动矩阵(DDI)m×n:
[0064] 将亮度矩阵中单一元素利用反正切函数,变换为自身特性曲线对应的单管驱动电流,表示为:
[0065]
[0066] 则系统电流驱动矩阵表示为:
[0067]
[0068] 考虑到助航灯光系统的脉冲调制驱动,占空比调制矩阵记为
[0069]
[0070] dim表示各单管元素的脉冲调制占空比;
[0071] 则脉冲电流驱动矩阵(DDI)m×n可计算为:
[0072]
[0073] 即,
[0074]
[0075] C.采用阵列预估计算法对输出矩阵进行常态快速监测,生成系统的当前状态矩阵:
[0076] 如图2所示,这里用(t0-1)和(t0)分别表示助航灯光系统的前一状态和现在状态;为实现不需外加硬件监测装置,保证系统的简洁性和可靠性,对系统输出加入软件监测内容,该部分可用基本的I/O读取系统驱动IC中的数值即可,内容记为(SC)m×n,考虑到软件监测的误差情况,其高斯白噪声记为(VG)m×n;系统的最优状态矩阵记为(SR)m×n,系统控制量参数记为(To)m×n,系统过程高斯白噪声记为(VP)m×n,预测系统的协方差矩阵记为(Cov)m×n。
[0077] 另外,助航灯光系统在实际工作中前后两个系统间隙的关注状态是一致的,因此系统参数矩阵设为E;软件监测内容即为实际监测值,因此监测参数矩阵设为E。
[0078] 基于上述描述,助航灯光系统的阵列预估计模型如下式:
[0079]
[0080] 即,
[0081] 考虑软件监测高斯白噪声的前提下,状态监测矩阵(SN)m×n计算
[0082] 得:
[0083]
[0084] 即,
[0085] 基于上一状态(t0-1)得到当前状态(t0)的预测系统协方差矩阵计算如下:
[0086]
[0087] 即,
[0088] P表示系统过程的期望收敛点矩阵,在本实施案例中,建议设置Pi∈(0,1e-6],可确保系统协方差矩阵在收敛时的适用度和预估计结果的可靠性。
[0089] 算得系统的预测系统协方差矩阵后,则系统增益矩阵Km×n计算过程如下:
[0090]
[0091] R表示系统增益回归过程中的期望收敛点矩阵,在本例中,可设为(0,1e-1]。
[0092] 综上所述,系统的阵列预估计算法模型为:
[0093]
[0094] 即,
[0095]
[0096] 系统的当前状态矩阵最优估计为:
[0097]
[0098] 至此,系统的阵列预估计模型得解。
[0099] D.对系统的驱动矩阵进行调整,对待控位施加控制量,实现系统光源的快速稳定:
[0100] 系统的状态矩阵相对目标的偏置矩阵记为Δmn,系统的目标输出矩阵记为(Ta)mn,则偏置矩阵Δmn可算得:
[0101] Δmn=(Ta)mn-(SR)mn
[0102] 设系统的冗余量参数为δ,另设置一个全1矩阵(AO)m×n,则系统的稳定控制矩阵为:
[0103] (CTr)m×n=Δmn-δ·(AO)m×n
[0104] 因此,只需对系统输入(CTr)m×n控制,即可在阵列预估计的基础上,针对各类干扰、衰减和偏移完成助航LED光源快速稳定控制。
[0105] 该发明不依赖于任何外置的状态监测装置,只需在光源系统的控制器程序中加入本发明所述算法,即可实现助航LED光源快速稳定控制,本发明因采用了具有自然回归特性的预估计算法,而不是简单的软件监测,故具有外置硬件监测的时效性,另一方面又降低了助航光源系统的复杂性,提高了可靠度和安全性。
[0106] 以上所述,只是本发明的较佳实施案例,本发明并不局限于上述实施方式,只要其以相同的手段达到本发明的技术效果,都应属于本发明的保护范围。
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