[發明專利]一種飛行器最優傳感器選擇方法

有效

• 申請號: 201710370432.5
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107291986B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 羅建軍;靳鍇;袁建平;馬衛華;王明明
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

1.一種飛行器最優傳感器選擇方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)飛行器傳感器選擇的優化問題協方差描述，具體方法如下：

建立飛行器非線性模型：

其中x(t)為飛行器狀態，為控制指令，w(t)為飛行器模型不確定性，滿足：

E[ω(t)ω^T(τ)]＝S_ω(t)δ(t-τ) (2)

建立飛行器的慣性測量方程：

其中為連續測量值，η是與傳感器相關的測量噪聲；

建立非慣性測量方程：

其中為離散測量值，ν_k為與傳感器相關的測量噪聲；

考慮導航算法后能夠得到導航狀態的傳遞與更新方程：

與導航誤差協方差方程：

其中

應用最新的導航信息的控制指令為：

將飛行器動力學方程與導航方程沿標準軌跡進行線性化：

建立擴展方程：

并得到擴展狀態的傳遞與更新方程：

其中

于是能夠得到協方差的傳遞與更新方程：

此時能夠構建基于協方差的最優傳感器選擇問題：

其中z是傳感器參數，包括S_η,S_ω,R_ν；k是傳感器性能權重函數；為任務要求；

2)矩陣方程優化問題向量化，具體方法如下：

P0給出的優化問題為矩陣方程組成，為了更好的解決優化問題，需將矩陣方程轉化為向量方程；

首先給出Kronecker Product的定義與性質：

定義1：

定義2：

Vec(·),Vec(A)＝[a₁₁ a₂₁…a_m1 a₁₂…a_m2…a_mn]^T (16)

性質1：

性質2：

于是能夠將矩陣方程優化問題P0轉化為向量方程優化問題：

3)將優化問題凸化為二階錐規劃形式并求解，具體方法如下：

為了將問題轉化為二階錐規劃標準形式，定義z＝[S_ω S_η R_ν]為所需優化傳感器性能變量，并引入新的中間變量t，滿足不等式約束，此時性能指標轉化為二階錐規劃標準形式：

minimize t (20)

其中k為有設計者所設計的權重函數，表明對不同傳感器性能參數不同的重視程度；不等式約束(21)尚不滿足二階錐規劃的要求，需進行標準化；通過數學理論，能夠將式(21)的不等式約束轉換為二階錐約束：

此時能夠將最優傳感器選擇的問題完全建立并轉化為二階錐規劃問題P1，并利用內點法求解；

4)基于連續接近的序列凸優化求解，具體方法如下：

在優化問題P1中，卡爾曼濾波系數包含所需優化的傳感器參數R_ν，問題需要進行連續接近的處理；

為了表達方便，將最優傳感器參數選擇的優化問題P1，寫成如下形式P2：

于是將每次優化問題中的A^k、B^k視為常值矩陣，矩陣中與優化變量相關的參數由上一次計算所得的最優參數更新；循環迭代計算滿足如下指標時，認為結果收斂：

|z^k+1-z^k|≤ε (25)。