[發明專利]一種基于優化PSO的雙軸旋轉調制轉停方案參數選取方法

有效

• 申請號: 202011121237.7
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112284418B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 馮波;張鵬;李炳辰;郭慶;姜俊;王海榮;許潔;王應洋
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

1.一種基于優化PSO的雙軸旋轉調制轉停方案參數選取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，設定待參數選取雙軸旋轉調制慣性導航系統的慣性器件誤差、系統誤差以及旋轉時間和停止時間兩個參數的尋優空間；

步驟2，選定PSO尋優的粒子個數和最大代數，以及單次迭代次數；

步驟3，基于選定的參數尋優范圍和構建的適應性函數，進行優化PSO參數尋優；

步驟4，獲取優化PSO方法對16位置轉停方案的旋轉時間和停止時間尋優結果輸出后，疊加隨機誤差等其他非確定性誤差分量，開展對參數選取結果的仿真驗證；

步驟5，尋優結束，獲得特定條件下雙軸旋轉調制慣性導航系統適用的16位置轉停旋轉調制方案旋轉調制參數結果；

步驟3中，單次基于PSO方法的參數尋優過程如下：

1)首先初始化粒子位置和速度

P_i＝P_min+(P_max-P_min)λ_i

其中，P_i為第i個粒子的位置，P_min為旋轉調制參數的最小值，P_max為旋轉調制參數的最大值，λ_i為隨機數，即λ_i～U(0,1)服從均勻分布；初始粒子速度為零；

2)計算每一個粒子的適應度函數值

基于步驟1設定的誤差值和給定的誤差傳播模型，每個粒子進行72小時的誤差傳播仿真，獲得誤差傳播序列；適應度函數如下：

其中，f_i為第i個粒子的適應度數值解，N為誤差序列的個數，x為誤差傳播方差中對應的誤差向量，x(5,k)表示第k個誤差向量的第5個分量，即導航誤差傳播過程中第k步對應的航向角誤差；

3)單個粒子的旋轉調制參數尋優

每個粒子的適應度函數值與其歷史適應度函數最小值進行比較，如果現粒子適應度函數值小于歷史最小值，則將粒子的最優適應度設置為現粒子值，且將局部最優粒子設置為現粒子位置值，其公式表示如下：

其中，Pf_i為第i個粒子尋優過程歷史中適應度最小值，表f_i(j)示第i個粒子第j次迭代的適應度函數，gMax為最大單次尋優代數；

particleBest_i＝arg?minf_i(p_i(j))

其中，particleBest_i為第i個粒子尋優歷史適應度最小值對應粒子位置，即局部最優旋轉調制參數值；

4)每個代數內旋轉調制參數尋優

當單個粒子適應度函數尋優結束后，將每個粒子歷史最優值進行比較以獲得所有粒子中每一層的最優值最為該層尋優結果的最優值，即

其中，globalF_j為第j層的全局最優適應度函數值，n為粒子的個數；

尋得全局最優適應度函數后，記錄全局最優粒子位置如下：

particleGlobalBest_j＝arg?min?Pf_i(j)

其中，particleGlobalBest_j為第j層全局最優適應度函數值最小時對應的粒子位置，即第j層全局雙軸旋轉調制參數值；

5)單個粒子的速度更新

為了獲得粒子的全局尋優能力和局部尋優能力的平衡，采用如下速度更新方法：

v_i＝ω·v_i+c₁·α·(particleBest_i-p_i)+c₂·β·(particleGlobalBest_i-p_i)

其中，ω＝0.8為慣性因子，c₁＝0.5為局部加速常數，c₂＝0.5為全局加速常數，α，β為隨機變量，服從均值為0方差為1的高斯分布，p_i為粒子當前位置；

速度更新后為了限制速度幅值，根據速度值限定最大范圍，以保證尋優過程的平穩性和可靠性；

6)單個粒子的位置更新

完成單個層數內旋轉調制參數尋優后，需要對粒子位置進行更新，以獲得新的粒子位置，其更新過程如下：

p_i＝p_i+v_i

其中，p_i為第i個粒子位置，v_i為第i個粒子速度，根據空間邊界條件，限定更新后粒子位置范圍；然后重復尋優步驟2、3、4和5，已完成單次尋優，并保存單次尋優結果；

7)多次迭代旋轉調制參數尋優

設定迭代次數的單次循環PSO尋優過程，并基于適應度函數值來對比單次尋優結果，以獲得更加可靠的旋轉調制參數的尋優結果，保證最終的旋轉調制方案中尋優結果的數值穩定性和可靠性。