[發明專利]一種基于自適應互補濾波的捷聯慣導系統外水平阻尼方法

在審

• 申請號: 201710837742.3
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107941216A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 張勇剛;盧曼曼;李寧;李智超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于自適應互補濾波的捷聯慣導系統外水平阻尼方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

步驟一：基于互補濾波的阻尼網絡選取方法如下，由于阻尼網絡需要具有使得常數的外參考速度誤差對慣性指示位置誤差和速度誤差的貢獻為0，而加速度計測量誤差和陀螺儀漂移誤差的低頻分量影響保持與無阻尼狀態的情況不變，有效過濾外參考速度和慣性儀表輸出的高頻干擾信號得功能，且保證舒勒阻尼回路的閉環特征方程的特征根具有負實部，因此選卻的阻尼網絡需要具有良好的高頻和低頻特性；由于常速度網絡具有抑制高頻參考速度誤差的特性，而相位滯后-超前網絡對陀螺儀漂移加速度計誤差具有高頻衰減特性，二者的互補性很強，因此考慮將兩種網絡組合成互補濾波器，常速度網絡Q_A(s)和相位滯后-超前網絡Q_B(s)為：

QA(s)=ss+2ξws]]>

QB(s)=(1+4ξη)s2+2(ξ+η)wss+ws2s2+2(ξ+η)wss+ws2]]>

即保持常速度網絡的高頻特性和相位滯后-超前網絡的低頻特性，互補匹配后的高階網絡為：

Q(s)=QA(s)(s2+ws2QB(s))+s2W(s)(QB(s)-QA(s))s2+ws2QB(s)-ws2W(s)(QB(s)-QB(s))]]>

步驟二：在慣導系統中加入自適應機構，多普勒計程儀測得的外參考速度和慣導系統的速度之差為自適應機構的輸入量，阻尼網絡的參數為自適應機構的輸出量，自適應阻尼系統通過自適應機構根據外速度誤差實時的調整阻尼網絡參數；

步驟三：選取速度誤差作為自適應機構的目標函數，即：

J=∫(δvx2+δvy2)dt]]>

其中，δv_x,δv_y分別為東向和北向系統速度與外參考速度之差；由捷聯慣導系統的傳播特性可知，系統的速度和外參考速度之差對阻尼參數的影響很大；

由于v_INS＝v+δv_INS,v_r＝v+δv_r,δv＝v_r-v_INS，其中δv,δv_r,v_r,v_INS,v分別為系統速度與外參考速度之差，外參考速度誤差，外參考速度，系統速度和真實速度；由于多普勒計程儀測得的外參考速度誤差易受環境影響，外參考速度誤差到系統誤差的傳遞需要通過1-Q(s)，因此可以等效為變換外參考速度誤差，來尋求最優的阻尼系數的方法，使目標函數最小，最終得到外速度誤差與阻尼比的擬合曲線為：

ξ=1.59δvr2+0.889δvr+1.097]]>

步驟四：將帶有自適應機構的互補濾波阻尼網絡帶入到慣導系統的解算回路中，得到慣導的解算方程為：

其中Q(s)為含有隨時間變化參考速度誤差的阻尼參數的阻尼網絡，R_M,R_N為地球子午圈半徑和卯酉圈半徑，Ω為地球自轉角速度，按照上述控制方程進行慣導解算，即可位置誤差、速度誤差和姿態角誤差中的消除舒勒振蕩與狀態切換的超調誤差。