一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法
2023-06-08 11:34:36
專利名稱：一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法
技術領域：
本發明屬於多傳感器組合導航系統技術領域，涉及一種多傳感器組合導航系統濾波方法，具體是一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法。
背景技術：
隨著導航技術的進步，任何單一導航設備的性能和應用範圍都表現出明顯的局限性，無法滿足運載器日益增長的精度要求，也無法適應複雜的應用環境，無法完全滿足系統可靠性的要求。Horst Ahlers說「未來屬於多傳感器。」多傳感器組合導航系統成為一種必然的趨勢。隨著硬體條件的改善，融合方法成為制約組合系統性能的重要因素。由 N. A. Carlson提出而發展起來的聯邦卡爾曼濾波方法，是成功運用於工程實踐的融合方法， 它採用噪聲方差上界技術消除子濾波相關性，達到全局最優。但在已有的聯邦濾波結構中，信息分配比例是隨著結構的確定而固定的，它不能反映導航傳感器工作狀態和數據狀態的變化，不能準確反映導航傳感器信息權重分配，不能準確真實的反映系統的情況，不利於對提高系統精度、可靠性和容錯性的研究。
發明內容
本發明針對現有聯邦濾波方法中信息分配比例隨著結構的確定，不能準確反映導航傳感器信息權重分配的問題，提供一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法，可以使信息分配比例與導航傳感器工作情況和載體運行環境情況相適應，達到提高系統精度、可靠性和容錯性的目的。一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法，具體包括以下步驟步驟一、根據組合導航系統的各導航傳感器系統的誤差方程建立系統狀態方程和量測方程；步驟二、將得到的系統狀態方程和量測方程離散化，建立各導航傳感器系統對應的離散狀態空間模型；步驟三、根據導航傳感器系統的歷史數據，通過自回歸模型獲取該導航傳感器系統的信息權值；步驟四、根據信息權值和信息守恆定律獲取信息分配比例；步驟五、根據信息分配比例進行聯邦濾波，得到全局最優估計，最後用全局最優估計重置濾波值和估計誤差方差陣。所述步驟一中的組合導航系統，根據某水下航行器的導航傳感器配置情況，該組合導航系統由慣導系統INS，靜電陀螺監控器ESGM，衛星定位導航系統GPS和都卜勒測速系統DVL組成。根據各系統誤差方程分別建立INS狀態方程、INS/ESGM量測方程、INS/GPS量測方程和INS/DVL系統狀態方程和量測方程所述的INS狀態方程為對0 =巧01⑴+ G⑴爐⑴，
所述的INS/DVL系統狀態方程為
權利要求
1.一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法，其特徵在於，該方法具體包括以下步驟步驟一、根據組合導航系統的各導航傳感器系統的誤差方程建立系統狀態方程和量測方程；步驟二、將得到的系統狀態方程和量測方程離散化，建立各導航傳感器系統對應的離散狀態空間模型；步驟三、根據導航傳感器系統的歷史數據，通過自回歸模型獲取該導航傳感器系統的信息權值；步驟四、根據信息權值和信息守恆定律獲取信息分配比例；步驟五、根據信息分配比例進行聯邦濾波，得到全局最優估計，最後用全局最優估計重置濾波值和估計誤差方差陣。
2.根據權利要求1所述的一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法，其特徵在於，所述的組合導航系統為水下多傳感器組合導航系統，由四個導航傳感器系統組成 慣導系統INS、靜電陀螺監控器ESGM、衛星定位導航系統GPS和都卜勒測速系統DVL。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法， 其特徵在於，步驟一所述的系統狀態方程和量測方程包括INS狀態方程、INS/ESGM量測方程、INS/GPS量測方程以及INS/DVL系統狀態方程和量測方程；所述的INS狀態方程為
4.根據權利要求1或2所述的一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法， 其特徵在於，步驟二中所述的各導航傳感器系統對應的離散狀態空間模型為
5.根據權利要求1或2或所述的一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法，其特徵在於，步驟三所述的通過自回歸模型獲取信息權值，具體為首先，確定導航傳感器系統的自回歸模型
6.根據權利要求1或2所述的一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法， 其特徵在於，步驟四所述的信息分配比例，和信息權值成正比，且根據信息守恆定律，各導 航傳感器系統的權重和為
7.根據權利要求1或2所述的一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法， 其特徵在於，步驟五所述的全局最優估計，具體通過下面過程得到首先，得到信息分配
全文摘要
本發明公布一種基於時間序列分析的變比例自適應聯邦濾波方法，應用於水下多傳感器組合導航系統。首先根據各導航傳感器系統的誤差方程建立系統狀態方程和量測方程，並對得到的方程離散化，建立各導航傳感器系統對應的離散狀態空間模型，然後根據導航傳感器系統的歷史數據，通過自回歸模型獲取該導航傳感器系統的信息權值，根據信息權值和信息守恆定律獲取信息分配比例，最後得到全局最優估計，並用全局最優估計重置濾波值和估計誤差方差陣。本發明提高了系統導航精度、系統穩定性和容錯性，能夠滿足水下航行器高精度、高可靠性的要求。
文檔編號G01C21/20GK102252677SQ201110095840
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優先權日2011年4月18日
發明者劉利強, 張勇剛, 李寧, 袁克非, 袁贛南 申請人:哈爾濱工程大學