臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)模型不確定性的魯棒濾波方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)航系統(tǒng)非線性魯棒濾波領(lǐng)域，具體涉及一種臨近空間飛行器傳遞對(duì) 準(zhǔn)模型不確定性的魯棒濾波方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳遞對(duì)準(zhǔn)是解決高超聲速飛行器在動(dòng)基座條件下初始對(duì)準(zhǔn)問題的主要方法，一般 采用非線性卡爾曼濾波器對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)?；诜蔷€性高斯逼近的濾波器其性能取 決于系統(tǒng)模型以及干擾特性假設(shè)的精確程度。在實(shí)際工作中，高超聲速飛行器的外掛武器 和傳感器吊艙一般懸掛在機(jī)翼或機(jī)腹下，而飛行器在高速機(jī)動(dòng)飛行情況下，受空氣氣流、載 荷變更、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲等多種因素的影響，機(jī)體會(huì)發(fā)生時(shí)變結(jié)構(gòu)變形，復(fù)合材料的更多使用和 現(xiàn)代戰(zhàn)斗機(jī)的高機(jī)動(dòng)特性使機(jī)身和機(jī)翼的彈性特性增強(qiáng)，產(chǎn)生的彈性變形對(duì)傳遞對(duì)準(zhǔn)的精 度影響更加劇烈。臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)時(shí)，存在動(dòng)態(tài)桿臂和撓曲變形難以建模等問題， 迫切需要利用模型不確定的魯棒濾波方法來解決。
[0003] 目前模型不確定的魯棒濾波方法主要是魯棒EKF算法，該算法由于EKF將非線 性系統(tǒng)線性化，在強(qiáng)非線性時(shí)將會(huì)引起較大的估計(jì)誤差，并且在線性化處理時(shí)需要用雅 克比（Jacobian)矩陣，其繁瑣的計(jì)算過程導(dǎo)致該方法實(shí)現(xiàn)相對(duì)困難；基于稀疏網(wǎng)格理論 的積分點(diǎn)配置策略以其積分點(diǎn)數(shù)目少、計(jì)算精度高的特性，形成了一系列基于矩匹配法、 Gauss-Hermite準(zhǔn)則以及Kronrod-Patterson準(zhǔn)則的稀疏網(wǎng)格求積分非線性高斯濾波算 法?；诖?，研宄一種精度高魯棒性強(qiáng)的濾波方法，成為了行業(yè)發(fā)展的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：為了解決臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)中存在動(dòng)態(tài)桿臂和撓曲變形難以建 模等而導(dǎo)致傳遞對(duì)準(zhǔn)性能下降，利用模型不確定的魯棒濾波方法，將魯棒算法與一系列稀 疏網(wǎng)格求積分非線性濾波技術(shù)結(jié)合，提供一種精度高魯棒性強(qiáng)的濾波方法。
[0005] 技術(shù)方案：一種臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)模型不確定性的魯棒濾波方法，其特征 在于，該魯棒濾波方法具體步驟如下：
[0006] 步驟1)根據(jù)臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的工作原理和特點(diǎn)，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 平臺(tái)失準(zhǔn)角誤差方程、速度誤差方程、位置誤差方程和觀測方程；
[0007] 步驟2)根據(jù)系統(tǒng)的誤差方程建立模型不確定的狀態(tài)方程和觀測方程；
[0008] Xk= f (Xh)+Φ (Xh) q k+Gk丨h(huán)Wh (29)
[0009] zk= h (x k) +Ψ (xk) υ k+vk (30)
[0010] 式中：
[0011] xk是n維狀態(tài)向量，zk是m維觀測向量，f(·)和h(·)分別對(duì)應(yīng)非線性狀態(tài)方程 和觀測方程；匕^是nXr維系統(tǒng)過程噪聲輸入矩陣，w ^是r維系統(tǒng)過程噪聲序列，V k是 m維系統(tǒng)觀測噪聲序列；Φ (·) e Rnxn是系統(tǒng)狀態(tài)方程中模型不確定性部分的有界輸入矩 陣，Ψ (·) e Rmxm是系統(tǒng)觀測方程中模型不確定性部分的有界輸入矩陣；n ke Rn是系統(tǒng) 狀態(tài)方程中模型不確定性未知有界變量，uke Rm是系統(tǒng)觀測方程中模型不確定性未知有 界變量；
[0012] 步驟3)給出狀態(tài)變量初始值（Xtl)和預(yù)測誤差方差矩陣初始值（Σ+)，給出％個(gè) 稀疏網(wǎng)格求積分點(diǎn)集（ξ」，ε j;j = 1，2，"·Νρ);
[0013] 狀態(tài)變量初始值 X。= [000 000 000 000 000 000] τ;
[0014] 預(yù)測誤差方差矩陣初始值：
[0015] Σ0|? = ；
[0016] 系統(tǒng)過程噪聲初始值e。= ;
[0017] 系統(tǒng)觀測噪聲初始值尺,=?^[0^，0^，^.，0^，<.，<];
[0018] 式中：
[0019] Φχ。、Φ?(ι和Φ zQ是初始數(shù)學(xué)平臺(tái)失準(zhǔn)角；
[0020] δ Vxtl、δ Vytl和δ V z(l是初始速度誤差；δ S χ(ι、δ Sytl和δ s z(l是初始位置誤差；
[0021] ε gx(l、ε _和ε _是陀螺儀常值漂移初值；▽ ax(l、V ay(^PV az(l是加速度計(jì)常值偏 移初值；μχ〇、以#和μ z〇是主子慣導(dǎo)間安裝誤差初值；
[0022] wgx、Wgy和w gz是陀螺儀隨機(jī)噪聲；w ax、wajP w az是加速度計(jì)隨機(jī)噪聲；
[0023] σ ax、σ ay和σ az是姿態(tài)觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；σ νχ、σ vy和σ vz是速度觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；
[0024] σ sx、σ sy和σ sz是位置觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差；
[0025] 根據(jù)稀疏網(wǎng)格求積分準(zhǔn)則給定一組積分點(diǎn)集（ξ』，ω P其中j = 1，2,…％，％表 示積分點(diǎn)集的個(gè)數(shù)；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)模型不確定性的魯棒濾波方法，其特征在于，該魯棒 濾波方法具體步驟如下： 步驟1)建立臨近空間飛行器傳遞對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)平臺(tái)失準(zhǔn)角誤差方程、速度誤差方 程、位置誤差方程和觀測方程； 步驟2)根據(jù)系統(tǒng)的誤差方程建立模型不確定的狀態(tài)方程和觀測方程； 式中：
xk是n維狀態(tài)向量，zk是m維觀測向量，f( ?)和h( ?)分別對(duì)應(yīng)非線性狀態(tài)方程和觀 測方程；Gk|k_#nXr維系統(tǒng)過程噪聲輸入矩陣，wk_#r維系統(tǒng)過程噪聲序列，vk是m維 系統(tǒng)觀測噪聲序列；〇(?)eRnXn是系統(tǒng)狀態(tài)方程中模型不確定性部分的有界輸入矩陣， w(?)eRmXm是系統(tǒng)觀測方程中模型不確定性部分的有界輸入矩陣；nkeRn是系統(tǒng)狀態(tài) 方程中模型不確定性未知有界變量，Uke 是系統(tǒng)觀測方程中模型不確定性未知有界變 量； 步驟3)給出狀態(tài)變量初始值（X(l)和預(yù)測誤差方差矩陣初始值（2+)，給出Np個(gè)稀疏 網(wǎng)格求積分點(diǎn)集Uj，ej;j= 1，2，??％); 狀態(tài)變量初始值XQ= [000 000 000 000 000 000] T; 預(yù)測誤差方差矩陣初始值： 系統(tǒng)過程噪聲初始值2。= ; 系統(tǒng)觀測噪聲初始值〃。=〃郵[?.，〇1，?，?，<，<]; 式中： (j>xQ、（j>yQ和（}>zQ是初始數(shù)學(xué)平臺(tái)失準(zhǔn)角； 5 VxQ、S Vy(^P S Vz(|是初始速度誤差；S S x(|、S SyjP S S z(|是初始位置誤差；egXci、egyci和egz〇是陀螺儀常值漂移初值；▽ ?〇、▽_和▽ az〇是加速度計(jì)常值偏移初 值；yx(l、yy(l和yz(l是主子慣導(dǎo)間安裝誤差初值； wgx、wgy和wgz是陀螺儀隨機(jī)噪聲；wax、WajPwaz是加速度計(jì)隨機(jī)噪聲； 〇ax、Qay和Qaz是姿態(tài)觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差vx、Qvy和Qvz是速度觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差； 〇sx、〇 〇sz是位置觀測噪聲標(biāo)準(zhǔn)差； 根據(jù)稀疏網(wǎng)格求積分準(zhǔn)則給定一組積分點(diǎn)集Uj，《j)其中j= 1，2,?NP，NP表示積 分點(diǎn)集的個(gè)數(shù)；
其中Np= 2n2+2n+l，n為狀態(tài)變量維數(shù)； 給定滿足Y>1和e >0的魯棒濾波參數(shù)；具體為：第一組y1= 500，e1= 〇. 05 : 第二組 丫 ！= 100