專利名稱：一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)濾波方法，具體是一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法。
背景技術(shù)：
隨著導(dǎo)航技術(shù)的進(jìn)步，任何單一導(dǎo)航設(shè)備的性能和應(yīng)用范圍都表現(xiàn)出明顯的局限性，無法滿足運(yùn)載器日益增長的精度要求，也無法適應(yīng)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，無法完全滿足系統(tǒng)可靠性的要求。Horst Ahlers說“未來屬于多傳感器?！倍鄠鞲衅鹘M合導(dǎo)航系統(tǒng)成為一種必然的趨勢。隨著硬件條件的改善，融合方法成為制約組合系統(tǒng)性能的重要因素。由 N. A. Carlson提出而發(fā)展起來的聯(lián)邦卡爾曼濾波方法，是成功運(yùn)用于工程實(shí)踐的融合方法， 它采用噪聲方差上界技術(shù)消除子濾波相關(guān)性，達(dá)到全局最優(yōu)。但在已有的聯(lián)邦濾波結(jié)構(gòu)中，信息分配比例是隨著結(jié)構(gòu)的確定而固定的，它不能反映導(dǎo)航傳感器工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)狀態(tài)的變化，不能準(zhǔn)確反映導(dǎo)航傳感器信息權(quán)重分配，不能準(zhǔn)確真實(shí)的反映系統(tǒng)的情況，不利于對提高系統(tǒng)精度、可靠性和容錯性的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有聯(lián)邦濾波方法中信息分配比例隨著結(jié)構(gòu)的確定，不能準(zhǔn)確反映導(dǎo)航傳感器信息權(quán)重分配的問題，提供一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法，可以使信息分配比例與導(dǎo)航傳感器工作情況和載體運(yùn)行環(huán)境情況相適應(yīng)，達(dá)到提高系統(tǒng)精度、可靠性和容錯性的目的。一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法，具體包括以下步驟步驟一、根據(jù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的誤差方程建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程；步驟二、將得到的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程離散化，建立各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)對應(yīng)的離散狀態(tài)空間模型；步驟三、根據(jù)導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，通過自回歸模型獲取該導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的信息權(quán)值；步驟四、根據(jù)信息權(quán)值和信息守恒定律獲取信息分配比例；步驟五、根據(jù)信息分配比例進(jìn)行聯(lián)邦濾波，得到全局最優(yōu)估計，最后用全局最優(yōu)估計重置濾波值和估計誤差方差陣。所述步驟一中的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，根據(jù)某水下航行器的導(dǎo)航傳感器配置情況，該組合導(dǎo)航系統(tǒng)由慣導(dǎo)系統(tǒng)INS，靜電陀螺監(jiān)控器ESGM，衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)GPS和多普勒測速系統(tǒng)DVL組成。根據(jù)各系統(tǒng)誤差方程分別建立INS狀態(tài)方程、INS/ESGM量測方程、INS/GPS量測方程和INS/DVL系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程所述的INS狀態(tài)方程為對0 =巧01⑴+ G⑴爐⑴，
所述的INS/DVL系統(tǒng)狀態(tài)方程為
權(quán)利要求
1.一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟步驟一、根據(jù)組合導(dǎo)航系統(tǒng)的各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的誤差方程建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程；步驟二、將得到的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程離散化，建立各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)對應(yīng)的離散狀態(tài)空間模型；步驟三、根據(jù)導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，通過自回歸模型獲取該導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的信息權(quán)值；步驟四、根據(jù)信息權(quán)值和信息守恒定律獲取信息分配比例；步驟五、根據(jù)信息分配比例進(jìn)行聯(lián)邦濾波，得到全局最優(yōu)估計，最后用全局最優(yōu)估計重置濾波值和估計誤差方差陣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法，其特征在于，所述的組合導(dǎo)航系統(tǒng)為水下多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)，由四個導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)組成 慣導(dǎo)系統(tǒng)INS、靜電陀螺監(jiān)控器ESGM、衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)GPS和多普勒測速系統(tǒng)DVL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法， 其特征在于，步驟一所述的系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程包括INS狀態(tài)方程、INS/ESGM量測方程、INS/GPS量測方程以及INS/DVL系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程；所述的INS狀態(tài)方程為
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法， 其特征在于，步驟二中所述的各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)對應(yīng)的離散狀態(tài)空間模型為
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或所述的一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法，其特征在于，步驟三所述的通過自回歸模型獲取信息權(quán)值，具體為首先，確定導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的自回歸模型
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法， 其特征在于，步驟四所述的信息分配比例，和信息權(quán)值成正比，且根據(jù)信息守恒定律，各導(dǎo) 航傳感器系統(tǒng)的權(quán)重和為
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法， 其特征在于，步驟五所述的全局最優(yōu)估計，具體通過下面過程得到首先，得到信息分配
全文摘要
本發(fā)明公布一種基于時間序列分析的變比例自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法，應(yīng)用于水下多傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng)。首先根據(jù)各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的誤差方程建立系統(tǒng)狀態(tài)方程和量測方程，并對得到的方程離散化，建立各導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)對應(yīng)的離散狀態(tài)空間模型，然后根據(jù)導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，通過自回歸模型獲取該導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)的信息權(quán)值，根據(jù)信息權(quán)值和信息守恒定律獲取信息分配比例，最后得到全局最優(yōu)估計，并用全局最優(yōu)估計重置濾波值和估計誤差方差陣。本發(fā)明提高了系統(tǒng)導(dǎo)航精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和容錯性，能夠滿足水下航行器高精度、高可靠性的要求。
文檔編號G01C21/20GK102252677SQ201110095840
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者劉利強(qiáng), 張勇剛, 李寧, 袁克非, 袁贛南 申請人:哈爾濱工程大學(xué)