[發明專利]非穩態液面高度測量值濾波方法

有效

• 申請號: 201710499176.X
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107340026B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 張梁;董世良;左林玄;寧永前;韓淑梅
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽飛機設計研究所
• 主分類號: G01F23/00
• 分類號: G01F23/00
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 周良玉

本發明涉及液位測量技術領域，具體提供了一種非穩態液面高度測量值濾波方法，以卡爾曼濾波經典理論為指導，通過建立儲箱液位測量物理模型、傳感器量測模型，導出液位測量系統狀態方程、傳感器系統量測方程，按經典卡爾曼濾波系統狀態方程和觀測方程的方式進行描述，確定方程中狀態轉移矩陣、噪聲輸入矩陣和觀測矩陣。方程系數矩陣中的未知參數只有液位測量系統采樣周期T，而在一個特定的硬件設備中，采樣周期T是已知的，因此，給定初始液位期望值后即可使卡爾曼濾波的狀態和測量過程循環更新，獲得準確、平滑的液面高度與液位變化速率。

技術領域

本發明涉及液位測量技術領域，特別涉及非穩態液面高度測量值濾波方法。

背景技術

在運行過程中，航空、航天器、車輛受動態環境影響，內部液體儲箱中的油液在慣性力作用下液面難以達到穩定，這給以液面高度測量為基礎的油液指示系統帶入了額外的誤差，使得運行中準確指示油液量成為一項技術難題。

發明內容

為克服上述現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種非穩態液面高度測量值濾波方法，包括如下步驟：

步驟一，建立儲箱液面高度測量物理模型，根據該物理模型建立液位測量系統狀態方程和傳感器系統量測方程，

液位測量系統狀態方程如公式(1)及公式(2)所示：

傳感器系統量測方程如公式(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，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)轉換為卡爾曼狀態方程、量測方程，其中卡爾曼狀態方程如公式(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)；

根據公式(1)至(5)得到狀態轉移矩陣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時刻的狀態變量估計值

并通過公式(7)計算t＝0時刻的預測誤差方差矩陣P(0)：

通過公式(8)推算下一步狀態變量：

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)更新狀態估計：

其中代表新息序列；

通過公式(13)更新誤差方差陣：