[發(fā)明專利]一種適用于噪聲特性未知的時變系統(tǒng)自適應級聯(lián)濾波方法

在審

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• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111623779A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發(fā)明（設計）人: 王偉;叢寧;黃平;楊麗娜;靳文浩
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C21/00;G01S19/49;G01S19/39
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1.一種適用于噪聲特性未知的時變系統(tǒng)自適應級聯(lián)濾波方法，其特征是：

(1)采集數(shù)據(jù)，獲取SINS系統(tǒng)和GPS系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)；

(2)建立SINS/GPS組合導航的主濾波器數(shù)學模型，選取狀態(tài)量和觀測量；

(3)建立從濾波器數(shù)學模型，選取狀態(tài)量和觀測量：利用陀螺儀n時刻的輸出，進行四元數(shù)的更新計算，繼而解算出一組姿態(tài)角信息；由加速度計n時刻輸出解算的水平姿態(tài)和GPS航向信息構成另一組姿態(tài)角；兩組姿態(tài)角之差即為姿態(tài)誤差角，將其轉換為四元數(shù)形式作為從濾波器的量測；

(4)在線估計N_opt：首先確定N_min和N_max，即確定N_opt的區(qū)間，再用N_min和N_max之間的整數(shù)對剩下的數(shù)據(jù)進行處理；范圍內(nèi)的每個N都會對剩余數(shù)據(jù)進行一次UFIR濾波處理，將每批次得出的進行評估，評估結果最優(yōu)的即為每次計算出所對應的為最優(yōu)估計；

(5)對主濾波器的狀態(tài)空間模型進行擴展，通過批處理過程獲得濾波初始參數(shù)，繼而進行濾波估計；

(6)利用主濾波器輸出信息，引入自適應漸消因子，利用n時刻量測進行自適應卡爾曼濾波；

(7)根據(jù)主濾波器和從濾波器的輸出對導航參數(shù)進行校正；

(8)進入下一時刻的濾波過程。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種適用于噪聲特性未知的時變系統(tǒng)自適應級聯(lián)濾波方法，其特征是：步驟(2)具體為：

設系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程為：

式中，X(n)為系統(tǒng)狀態(tài)矢量，F(xiàn)(n)為狀態(tài)轉移矩陣，W(n)為系統(tǒng)噪聲矢量，Z(n)為量測矢量，H(n)為量測矩陣，V(n)為量測噪聲矢量；

采用間接法建立狀態(tài)方程，INS選取東北天坐標系n作為導航坐標系，

INS/GPS導航系統(tǒng)的狀態(tài)量為：

式中，φ_Eφ_Nφ_U為初始誤差失準角，δv_Eδv_Nδv_U為速度誤差，δLδλδh為位置誤差，ε_bxε_byε_bz為陀螺儀常值漂移，為加速度計常值漂移；

系統(tǒng)量測方程：

選取GPS和INS輸出的速度位置作為觀測量，用下式表示組合導航系統(tǒng)的量測方程：

其中，H(n)是量測矩陣，H(n)＝[0_6×3 I_6×6 0_6×6]，V(n)為GPS接收機的量測噪聲。