[發(fā)明專(zhuān)利]一種高超聲速飛行器狀態(tài)估計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010646801.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111783307A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李君龍;姜立峰;高長(zhǎng)生;荊武興;李沈軍;胡玉東
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;B64F5/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 高倩

1.一種高超聲速飛行器狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、建立高超聲速飛行器跟蹤動(dòng)力學(xué)模型，確定高超聲速飛行器跟蹤動(dòng)力學(xué)模型的狀態(tài)量，所述高超聲速飛行器跟蹤動(dòng)力學(xué)模型為：

其中，v表示速度矢量，表示速度矢量的導(dǎo)數(shù)，ν表示速度傾側(cè)角，表示速度傾側(cè)角的二階導(dǎo)數(shù)，r表示目標(biāo)的位置矢量，T_V(θ,σ,ν)表示速度系到探測(cè)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，θ表示彈道傾角，σ表示彈道偏角，ν表示速度傾側(cè)角，ρ表示大氣密度，C_D為阻力系數(shù)，C_L為升力系數(shù)，S為目標(biāo)的特征面積，m為目標(biāo)質(zhì)量，g表示地球引力矢量，ω_e表示地球自轉(zhuǎn)角速度矢量，ω_D、ω_L和ω_ν分別表示三種高斯白噪聲；

選取狀態(tài)變量紅外定位的采樣周期為T(mén)，下標(biāo)k表示時(shí)刻，t_k表示k時(shí)刻的時(shí)間取值，則高超聲速飛行器跟蹤動(dòng)力學(xué)模型的離散方程為：

X_k＝f(t_k,X_k-1)

S2、利用魯棒高階容積卡爾曼濾波方法對(duì)高超聲速飛行器的量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)S1確定的狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)高超聲速飛行器的狀態(tài)估計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高超聲速飛行器狀態(tài)估計(jì)方法，其特征在于，所述魯棒高階容積卡爾曼濾波方法包括：

S21、獲取利用魯棒高階容積卡爾曼濾波方法的k-1時(shí)刻估計(jì)的狀態(tài)量和誤差協(xié)方差其中使用魯棒高階容積卡爾曼濾波方法時(shí)的初始狀態(tài)量和初始協(xié)方差

X₀表示初始狀態(tài)量，E(X₀)表示初始狀態(tài)量的數(shù)學(xué)期望，k的初始值為1；

S22、計(jì)算容積點(diǎn)該容積點(diǎn)集為：

式中，n是狀態(tài)維數(shù)，表示對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行喬萊斯基分解計(jì)算的結(jié)果；

點(diǎn)集ξ_i表達(dá)式如下：

e_i表示第i個(gè)元素為1的n維單位向量，和的表達(dá)式為

S23、利用已知的非線(xiàn)性系統(tǒng)方程將S22的容積點(diǎn)集轉(zhuǎn)換為

其中，表示系統(tǒng)狀態(tài)方程，t_k表示k時(shí)刻的時(shí)間取值；

獲得k時(shí)刻的先驗(yàn)估計(jì)和先驗(yàn)估計(jì)誤差的協(xié)方差

式中，Q_k-1表示k-1時(shí)刻過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣，權(quán)值ω_i的表達(dá)式：

S24、計(jì)算容積點(diǎn)及該容積點(diǎn)集：

S25、利用已知的非線(xiàn)性系統(tǒng)方程將S24的容積點(diǎn)集轉(zhuǎn)換為量測(cè)預(yù)測(cè)值

其中，表示k時(shí)刻的系統(tǒng)測(cè)量方程；

獲得k時(shí)刻的量測(cè)預(yù)測(cè)和互協(xié)方差矩陣P_xz：

S26、利用互協(xié)方差矩陣P_xz構(gòu)造線(xiàn)性回歸模型：

ξ_k＝y(tǒng)_k-M_kX_k

其中，

I是n維單位矩陣，X_k表示狀態(tài)量的真實(shí)值，z_k表示量測(cè)數(shù)據(jù)的值，R_k表示測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，v_k表示系統(tǒng)測(cè)量噪聲，δ_k表示X_k與差值；

S27、線(xiàn)性回歸模型利用最小二乘迭代，當(dāng)滿(mǎn)足精度要求，停止迭代，計(jì)算k時(shí)刻的狀態(tài)量和誤差協(xié)方差

最小二乘迭代中，迭代代價(jià)函數(shù)為m表示X_k的維數(shù)，s為z_k維數(shù)；

迭代初值為Ψ^(j)＝diag[ψ(ξ_i)]，γ為Huber函數(shù)的可調(diào)參數(shù)，j為最小二乘迭代次數(shù)，ξ表示殘差向量，ξ_i為殘差向量ξ的第i個(gè)分量，γ表示可調(diào)參數(shù)；

根據(jù)和得到目標(biāo)k時(shí)刻狀態(tài)估計(jì)值和誤差協(xié)方差估計(jì)P_k實(shí)現(xiàn)k時(shí)刻的高超聲速飛行器的狀態(tài)估計(jì)，k的值加1，轉(zhuǎn)入S21。