[發明專利]基于交互式多模型濾波的船體變形角估計方法

在審

• 申請號: 201710185998.0
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN107036595A
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 徐博;段騰輝;王藝菲;王超;郝芮;但劍輝;王星;李盛新;劉德政;王光園
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于交互式多模型濾波的船體變形角估計方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：在船艏、船艉分別安裝一套捷聯慣導系統，即主慣導與子慣導，對兩套慣導建立考慮撓曲變形的基本濾波模型；

所述基本濾波模型的系統狀態向量為

式中，δV表示主慣導與子慣導系統速度誤差，表示主慣導與子慣導系統姿態誤差，▽和ε分別表示加速度計零偏和陀螺漂移，ξ表示主慣導與子慣導之間的安裝誤差角，θ表示撓曲變形角，表示撓曲變形角速率；

所述基本濾波模型的表達式為

式中，w為系統噪聲矩陣，w～N(0,Q)，Q為w的方差；v為量測方差矩陣，v～N(0,R_v)，R_v為v的方差；其中，F和G分別為：

其中，

I表示單位陣；

其中，V_x，V_y分別表示主慣導東向、北向速度，ω_ie表示地球自轉角速率，表示當地緯度，R表示地球半徑，表示子慣導姿態矩陣，上標n表示導航坐標系，下標s子慣導載體坐標系，f_x，f_y，f_z分別表示沿東北天方向的比力，β＝[β_x β_y β_z]，且β_x，β_y，β_z分別表示東北天方向的撓曲變形參數；

步驟二：按照撓曲變形參數的不確定性，利用基本濾波模型構建交互模型；

所述的交互模型為：其中，分別由將中的β替代為β₁,β₂,...,β_n得到；其中，

式中，β₁,β₂,...,β_n為撓曲變形參數向量；c₁,c₂,...,c_n為交互模型常值參數；n為所設置交互模型個數；

步驟三：主慣導與子慣導系統完成初始對準并進行慣導解算，實時采集兩套慣導系輸出的慣性器件測量數據、導航解算數據；對交互模型濾波器進行初始化；

步驟四：進行交互模型濾波器的解算，得到船體變形角估計結果；

交互模型濾波器的解算包括

(1)輸入交互：

輸入交互的表達式為：

其中：為第j個交互模型濾波器的輸入，用于k時刻解算；為第i個交互模型濾波器在k-1時刻的狀態估計值；為第j個交互模型濾波器的協方差輸入，用于k時刻解算；為第i個交互模型濾波器在k-1時刻的協方差；j＝1,2,…,n；i＝1,2,…,n；為k-1時刻第i個交互模型濾波器估計結果到k時刻第j個交互模型濾波器輸入的轉移概率；其中為第j個交互模型預測概率，為k-1時刻第i個模型的概率；p_ij為概率轉移矩陣P的元素，n為所設置交互模型個數；

(2)各個交互模型濾波器進行濾波解算，再經交互輸出，得到總的估計結果；且保存各個交互模型濾波器的濾波解算結果，用于下一時刻輸入交互；

所述交互輸出中總的狀態估計計算表達式為:

總的協方差估計P_k|k計算表達式為：

其中，為k時刻第j個交互模型的概率。

2.如權利要求1所述的基于交互式多模型濾波的船體變形角估計方法，其特征在于，采用速度加角速率匹配模式；

量測量即為

Z＝[δV_x δV_y δω_x δω_y δω_z]^T

式中，δV_x，δV_y表示主慣導與子慣導速度差，δω_x,δω_y,δω_z表示主慣導與子慣導角速度差；

量測矩陣H為：

其中

ω_1x、ω_1y、ω_1z分別表示主慣導在東北天方向方向輸出的角速度。