[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

本發明公開了一種飛行器最優傳感器選擇方法，首先利用協方差理論在軌跡偏差分析的快速性與精確性的優勢，構建協方差傳遞與更新方程，從而給出了傳感器參數與最終落點偏差之間的關系，并應用此關系構建了基于協方差的傳感器選擇問題。然后利用二階錐規劃在求解最優化問題的快速性與全局最優性的優勢，將所建立的傳感器選擇問題轉化為二階錐規劃問題并進行求解，從而得到滿足任務精度需求的成本最優傳感器。

【技術領域】

本發明涉及一種飛行器最優傳感器選擇方法。

【背景技術】

傳感器的最優選擇是實現高性能導航、制導與控制的核心技術。傳感器的性能不僅僅影響著導航誤差與系統真實狀態的離散分布情況，從而決定著各項航天任務的完成情況，同樣也決定著航天器的成本費用，高性能的傳感器意味著高精度軌跡與高的成。如何能夠為航天器選擇最優的傳感器，既能夠保證完成各項高精度任務，又能夠有效減少所需成本是航天工程中的重要技術。

在傳感器選擇方面，學者開展了一定的應用研究。Hovland針對機器人系統研究了不同種類傳感器的實時選擇問題。Kincaid開展了傳感器最優位置確定的研究。Gupta給出了一種基于統計學理論的傳感器選擇策略，從一個新的角度解決了該工程問題。同樣對于傳感器的選擇還有一些方法研究，Welch采用分支定界法解決了傳感器的選擇問題。Yao采用了遺傳算法對傳感器選擇進行了有效求解。Joshi則首次采用了凸優化的方法進行了傳感器選擇。所有這些應用與方法都有自身的側重點。在此專利中，設計采用了一個全新的方法，該方法基于線性協方差理論與二階錐規劃方法，實現了高精度、快速、最優的傳感器選擇。

協方差分析多應用于評估與分析由于外部不確定因素以及擾動造成的軌跡離散問題以及由于建模誤差造成的估計誤差問題。Maybeck給出了一般性的推導，從而建立了真實狀態協防差、濾波估計誤差以及濾波狀態協方差。Geller應用協方差技術設計了一種新的軌跡控制與導航分析方法，該方法能夠應用于多種系統。Christensen提出了一種針對閉環系統與非線性問題的線性協方差分析方法，并驗證了其有效性。

最近幾年，凸優化在航天工程應用領域備受關注。其中的二階錐規劃是最具有發展與研究潛在價值的方法。二階錐規劃因目標函數為線性、約束為二階錐的形式而得名。凸優化的航天器的交會、接近,航天器的軌跡優化,火星著陸的動力下降段制導。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種飛行器最優傳感器選擇方法，建立基于線性協方差的飛行器傳感器選擇的優化問題，然后通過凸化方法，將優化問題轉化為滿足二階錐規劃約束的形式，并通過二階錐規劃進行求解，從而實現在快速精確的傳感器選擇。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種飛行器最優傳感器選擇方法，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；

2)矩陣方程優化問題向量化；

3)將優化問題凸化為二階錐規劃形式并求解；

4)基于連續接近的序列凸優化求解。

本發明進一步的改進在于：

步驟1)飛行器傳感器選擇的優化問題協方差描述的具體方法如下：

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：