[發(fā)明專利]非穩(wěn)態(tài)液面高度測量值濾波方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710499176.X
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107340026B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張梁;董世良;左林玄;寧永前;韓淑梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司沈陽飛機設(shè)計研究所
• 主分類號: G01F23/00
• 分類號: G01F23/00
• 代理公司: 北京航信高科知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11526
• 代理人: 周良玉

1.一種非穩(wěn)態(tài)液面高度測量值濾波方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，建立儲箱液面高度測量物理模型，根據(jù)該物理模型建立液位測量系統(tǒng)狀態(tài)方程和傳感器系統(tǒng)量測方程，液位測量系統(tǒng)狀態(tài)方程如公式(1)及公式(2)所示：

傳感器系統(tǒng)量測方程如公式(3)所示：

y(n)＝x(n)+v(n) (3)；

公式(1)至(3)中，T表示采樣周期，n表示采樣周期計數(shù)，n＝0,1,2,3……,(n∈N)，H(n)為n*T時刻的液面高度，為n*T時刻的變化速度，y(n)為n*T時刻的傳感器觀測值，x(n)為狀態(tài)變量且ν(n)為傳感器測量噪聲，ω(n)為液位變化速度噪聲，ω(n)和ν(n)均為零均值且方差為的白噪聲；

步驟二，將步驟一中的公式(1)至(3)轉(zhuǎn)換為卡爾曼狀態(tài)方程、量測方程，其中卡爾曼狀態(tài)方程如公式(4)所示：

x(n+1)＝Φx(n)+Γω(n) (4)；

卡爾曼觀測方程如公式(5)所示：

y(n)＝Ωx(n)+v(n) (5)；

根據(jù)公式(1)至(5)得到狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣Φ、噪聲輸入矩陣Γ和觀測矩陣Ω：

其中T為采樣周期；

步驟三，由初始t＝0時刻的液面高度H(0)和變化速度通過公式(6)計算t＝0時刻的狀態(tài)變量估計值

并通過公式(7)計算t＝0時刻的預(yù)測誤差方差矩陣P(0)：

通過公式(8)推算下一步狀態(tài)變量：

并通過公式(9)推算下一步誤差方差矩陣：

通過公式(10)計算卡爾曼濾波器增益：

并通過公式(11)和(12)更新狀態(tài)估計：

其中代表新息序列；

通過公式(13)更新誤差方差矩陣：

其中I為單位矩陣；

步驟四，通過改變n的取值(t＝0,1,2,3……,(t∈N))，重復(fù)執(zhí)行步驟二和步驟三，實現(xiàn)卡爾曼濾波器迭代循環(huán)，最后得到x(n)，進而得到液面高度H(n)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非穩(wěn)態(tài)液面高度測量值濾波方法，其特征在于，

視非穩(wěn)態(tài)液面高度測量系統(tǒng)為隨機線性離散系統(tǒng)，液位運動過程噪聲與傳感器量測噪聲是互不相關(guān)或者相關(guān)的高斯白噪聲，根據(jù)公式(14)計算傳感器量測噪聲ν(n)的正定方差矩陣R以及過程噪聲ω(n)的非負定方差矩陣Q：

公式(7)中，δ(nj)是Kronecker-δ函數(shù)，