[發明專利]利用擴展卡爾曼濾波器用于對移動載體設備的航行進行追蹤的方法

有效

• 申請號: 201680029288.2
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN107690567B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 阿克塞爾·巴勞;西佛·博納伯
• 申請（專利權）人: 賽峰電子與防務公司;工業方法的開發和研究公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 徐川;姚開麗

本發明提出了一種用于追蹤移動載體的航行的方法，其中擴展卡爾曼濾波器通過連續迭代中估計載體的航行狀態，濾波器的一次迭代包括以下步驟：根據運動學模型和/或由至少一個慣性傳感器獲取的測量，將載體的先前航行狀態傳播至傳播狀態；根據由至少一個航行傳感器獲取的測量結果，更新所述傳播狀態；在其中，對于所述傳播狀態中所述載體的至少一個航行變量，所述更新包括以下子步驟：基于創新值計算線性修正項，所述創新值代表所述航行傳感器獲取的所述測量結果與所述估計狀態之間的偏差；在李群方式下，計算所述線性修正的指數；基于所述指數，計算第一修正項，所述第一修正項在與所述載體固定相關的參考系統中表示；利用對所述第一修正項進行的參考系統轉換，計算第二修正項，所述第二修正項在慣性參考框架中表示，其中，所述載體是移動的；以及，將所述第二修正項添加至所述傳播狀態中的變量的值中，包含所述添加后的結果的所述狀態用作所述迭代的輸出狀態。

技術領域

本發明涉及根據不完整或有噪聲的測量結果對移動載體設備進行追蹤的領域。

本發明更具體地涉及一種應用特定類型的擴展卡爾曼濾波器用于對移動載體設備進行追蹤的方法。

背景技術

卡爾曼濾波器是一種眾所周知的用于追蹤船只、飛行器或陸地交通工具等載體設備的工具，例如，可用于追蹤載體設備的的位置、速度、加速度等。

在連續迭代中，卡爾曼濾波器借助于航行傳感器所提供的有噪聲測量結果經由矩陣方程(進而經由線性方程)來估計載體設備的航行狀態。

然后，載體設備被認為與由線性方程組控制的動態系統吸納相似，該線性方程組形成約束性限制。

為了將卡爾曼濾波器擴展到由非線性方程組控制的動態系統，提出了一種基于擴展卡爾曼濾波(EKF)的方法。這種改進方法提出了一個額外的步驟，該步驟包括：在濾波器的每個新的迭代中，在向量空間的某一點上，對由非線性系統所控制的方程組進行線性化，該點通常是在先前迭代中所估計的狀態。因此，經過該線性化得到的矩陣可被用于根據傳統卡爾曼濾波器方法計算新的估計的狀態。

然而，已知的擴展卡爾曼濾波器具有以下缺點：如果線性化點距離載體設備的真實航行狀態太遠，則正常操作。

目前，在一定的追蹤情況下，在啟動濾波器時，無法獲得對載體設備的航行的狀態的準確估計，以使得應用擴展卡爾曼濾波器的連續迭代不可能向所述狀態的準確估計收斂。

為了在載體設備對準(alignment)的特殊范圍解決這一問題，提出了第一種方法，該方法包括三個階段：尋找垂直方向，然后尋找基于垂直方向提供相對粗略估計的第一準線，，然后尋找利用該粗略估計以用于獲得更準確估計的第二準線。

這種方法有許多缺點：這種方法難以操作，而且必須是與所討論的上下文相適應，載體設備的移動在對準階段受到限制，并且該在三個連續階段的實施方式減慢了收斂過程。

申請人于2014年7月4日，在申請FR 1401512中還提出了第二種方法，對上述線性化問題提供一種解決方案，這種方法提出采用兩并行處理操作的實施方式，包括：基礎處理和簡化處理操作，基礎處理包括對某些變量進行特定的改變，以使得有可能應用特定的擴展卡爾曼濾波器(稱為“不變”卡爾曼濾波器)，簡化處理操作用于通過圍繞所述不變濾波器的估計進行一階擴展來估計真實系統的狀態。兩個處理操作并行地同時運行。

相比于第一種方法，第二種方法法收斂更快，并且，應用第一種方法的范圍要考慮到一些轉換，第二種方法能夠抑制與這些轉換相關的困難。

然而，對第二種方法中的兩個處理層級進行實時協調是復雜的。該算法很難嵌入傳統的擴展卡爾曼濾波器所提供的架構中。

另外，在傳感器誤差(偏差/比例因子/設置)較大的情況下，第二種方法的表現將難以預測。

發明內容