Barometer

ノイズのある気圧計センサー モデル

R2025a 以降

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ライブラリ:
UAV Toolbox / UAV Scenario and Sensor Modeling

説明

Barometer ブロックは、定数測定バイアス、無相関なホワイト ノイズ、および相関ノイズで構成される測定ノイズを含む気圧の読み取り値を生成する気圧計センサーをモデル化します[1]。ノイズ モデルの詳細については、ノイズ モデルを参照してください。

例

高度からの気圧の読み取り値の生成

barometerSimulation.slx Simulink モデルを開きます。

open_system("barometerSimulation");

このモデルは次のブロックで構成されます。

1. Lapse Rate Model (Aerospace Blockset) — 逓減率大気モデルをシミュレーションします。このブロックは、高度をメートル単位で受け取り、大気圧をパスカル単位で出力します。この大気圧が気圧計センサーで測定されます。このモデルでは、入力高度は 50 メートルです。

2. Rate Transition — 気圧計センサーの離散測定をシミュレーションします。このモデルでは、ブロックにサンプル時間 0.1 秒が構成されています。

3. Barometer — 定数測定バイアス、無相関なホワイト ノイズ、および相関ノイズで構成される測定ノイズを含む気圧の読み取り値をパスカル単位で生成する気圧計センサーをシミュレーションします。

4. Pressure Altitude (Aerospace Blockset) — 気圧の読み取り値に基づいて、平均海面からの高度をメートル単位で計算します。

5. Measured Pressure Scope — 圧力の読み取り値を可視化します。

6. Altitude Scope — 計算された平均海面からの高度とグラウンド トゥルースを可視化します。

モデルを実行し、Scope ブロックを開いてシミュレーション結果を確認します。

端子

入力

True pressure — 真の気圧

スカラー | ベクトル

真の気圧 (Pa 単位)。スカラーまたは N 要素ベクトルとして指定します。ここで、N は気圧測定値の数です。

データ型: single | double

出力

Measured pressure — 測定気圧

スカラー | ベクトル

測定気圧 (Pa 単位)。非負のスカラーまたは N 要素ベクトルとして返されます。測定圧力の長さは真の圧力の長さと一致します。

データ型: single | double

パラメーター

定数バイアス — 定数測定バイアス

0 (既定値) | 有限スカラー

定数測定バイアスを有限スカラーとして Pa 単位で指定します。

ノイズ密度 — ホワイト ノイズの標準分散

1 (既定値) | 非負の有限スカラー

ホワイト ノイズの標準分散を非負の有限スカラーとして指定します。このパラメーターは、センサー ノイズのパワー スペクトル密度を Pa/√Hz 単位で指定します。

バイアスの不安定性 — 相関ノイズの標準分散

1 (既定値) | 非負の有限スカラー

相関ノイズの標準分散を非負の有限スカラーとして Pa 単位で指定します。

減衰係数 — 相関ノイズの減衰係数

0.99 (既定値) | 範囲 (0,1) の正のスカラー

相関ノイズの減衰係数を範囲 (0, 1) のスカラーとして指定します。

指定する減衰係数を小さくすると、モデル化される相関ノイズがホワイト ノイズに近づき、指定する減衰係数を大きくすると、モデル化される相関ノイズがランダム ウォーク過程に近づきます。

シード — 乱数の初期シード

67 (既定値) | 非負の整数のスカラー

mt19937ar 乱数発生器アルゴリズムの初期シードを実数の非負の整数スカラーとして指定します。

シミュレーション実行方法 — 実行するシミュレーションのタイプ

Interpreted execution (既定値) | Code generation

次のオプションから実行するシミュレーションのタイプを選択します。

• インタープリター型実行 — MATLAB^® インタープリターを使用してモデルをシミュレーションします。詳細については、インタープリター型実行とコード生成 (Simulink)を参照してください。

• コード生成 — 生成される C コードを使用してモデルをシミュレーションします。シミュレーションをはじめて実行すると、Simulink^® によってブロック用の C コードが生成されます。モデルが変更されない限り、この C コードは後続のシミュレーションで再利用されます。

アルゴリズム

ノイズ モデル

次の方程式は、真の気圧に追加される測定ノイズを表します。

$$n(t)=n_c(t)+n_u(t)+b.$$

b は、ConstantBias プロパティを使用して設定する定数測定バイアスです。n_u(t) は、ゼロ平均と NoiseDensity プロパティを使用して設定する分散をもつホワイト ガウス ノイズとしてモデル化される無相関なノイズです。n_c(t) は、次の方程式で与えられる相関ノイズです。

$$n_c\left(N+1\right)=D{n}_c\left(N\right)+\left(1-D\right)\sqrt{\frac{-2}{\log \left(D\right)}}Bw,$$

ここで、次のようになります。

• n_c(N) は、N 番目のタイム ステップにおける相関ノイズです。

• w は、分散 1 のホワイト ガウス ノイズです。

• D は、DecayFactor プロパティを使用して設定する減衰係数です。

• B は、BiasInstability プロパティを使用して設定するバイアスの不安定性です。

参照

[1] Sabatini, A.M., and V. Genovese. “A Stochastic Approach to Noise Modeling for Barometric Altimeters.” Sensors 13 (November 2013): 15692-15707. https://doi.org/10.3390/s131115692

バージョン履歴

R2025a で導入

参考

barometerSensor