一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法，包括：步骤10)建立传递对准模型；步骤20)对步骤10)建立的传递对准模型，进行自适应补偿H无穷滤波，估计失准角，完成传递对准。该传递对准方法保证了传递对准过程中滤波器的稳定性，同时提高了传递对准精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法
本专利技术涉及一种传递对准方法，具体来说，涉及一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法。
技术介绍
初始对准对于捷联惯性导航系统而言至关重要。捷联惯性导航系统的性能很大一部分取决于初始对准的速度和精度。根据不同的对准模式，初始对准可分为自对准、组合对准和传递对准。相比于自对准和组合对准，传递对准过程更加快速，对准时间可以大大缩短。在传递对准中，当主惯导器件精度很高时，子惯导可以获得较高的对准精度。基于以上优势，传递对准在飞行器、舰船和车辆上得到了广泛的应用。传统的传递对准方法主要使用卡尔曼滤波技术，但是在复杂动态条件下，系统的系统噪声和量测噪声为未知的非高斯白噪声。此时，若使用卡尔曼滤波技术，则系统状态量估计的准确性和传递对准的精度将不可避免的下降，甚至引起系统的发散。基于此，相关文献提出了用H无穷滤波器来进行传递对准，可有效提高系统的鲁棒性和稳定性。但是H无穷滤波器的鲁棒因子的大小是根据经验来确定的，一旦确定就不再改变。而在整个传递对准过程中，外界环境是动态变化的。这就需要动态调整鲁棒因子的大小，因此在H无穷滤波器中固定鲁棒因子大小的方式在未知动态环境下具有一定的局限性。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法，保证了传递对准过程中滤波器的稳定性，同时提高了传递对准精度。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用以下技术方案：一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法，包括：步骤10)建立传递对准模型；步骤20)对步骤10)建立的传递对准模型，进行自适应补偿H无穷滤波，估计失准角，完成传递对准。作为优选例，所述的步骤10)包括：步骤101)建立传递对准系统状态方程：选取12维状态建立系统的状态向量X(t)，系统状态向量X(t)如式(1)所示：其中，δL表示纬度误差，δλ表示经度误差,δVE表示导航坐标系中的东向速度误差，δVN表示导航坐标系中的北向速度误差，φE表示导航坐标系中的东向失准角，φN表示导航坐标系中的北向失准角，φU表示导航坐标系中的方位失准角，表示载体坐标系中右向轴的加速度计随机常值偏置，表示载体坐标系中前向轴的加速度计随机常值偏置，εx表示载体坐标系中右向轴的陀螺随机常值漂移，εy表示载体坐标系中前向轴的陀螺随机常值漂移，εz表示载体坐标系中天向轴的陀螺随机常值漂移；传递对准系统状态方程如式(2)所示：其中，X(t)为连续时间系统(12×1)维状态向量，是X(t)的微分形式，G(t)表示连续时间系统的系统噪声驱动矩阵，W(t)表示连续时间系统零均值高斯白噪声；F(t)表示连续时间系统(12×12)维状态转移矩阵，如式(3)所示：其中，05×7表示(5×7)维的零矩阵，05×5表示(5×5)维的零矩阵，F1(t)如下式所示：其中，RM表示子午圈曲率半径，RN表示卯酉圈曲率半径，VE表示东向速度，VN表示北向速度，L表示纬度，ωie表示地球旋转角速率，fE表示比力的东向分量，fN表示比力的北向分量，fU表示比力的天向分量；C(t)如下式所示：式中，捷联惯性导航系统的姿态矩阵定义为T11表示姿态矩阵的第1行第1列元素，T12表示姿态矩阵的第1行第2列元素，T21表示姿态矩阵的第2行第1列元素，T22表示姿态矩阵的第2行第2列元素，T13表示姿态矩阵的第1行第3列元素，T23表示姿态矩阵的第2行第3列元素，T31表示姿态矩阵的第3行第1列元素，T32表示姿态矩阵的第3行第2列元素，T33表示姿态矩阵的第3行第3列元素；步骤102)建立传递对准系统量测方程：传递对准系统量测方程如式(4)所示：其中，Y(t)表示连续时间系统时间t时刻的量测向量；δVE表示子惯导和主惯导东向速度误差，δVN表示子惯导和主惯导北向速度误差，δH表示子惯导和主惯导航向角误差，δP表示子惯导和主惯导俯仰角误差，δR表示子惯导和主惯导横滚角误差，表示子惯导的东向速度，表示主惯导的东向速度，表示子惯导的北向速度，表示主惯导的北向速度，表示子惯导的航向角,Hm表示主惯导的航向角,表示子惯导的俯仰角，Pm表示主惯导的俯仰角，表示子惯导的横滚角，Rm表示主惯导的横滚角；系统的量测方程如式(5)所示：Y(t)＝H(t)X(t)+V(t)式(5)其中，V(t)表示连续时间系统量测噪声向量，H(t)表示连续时间系统量测矩阵，H(t)如下式所示：其中，I2×2表示(2×2)维的单位矩阵，02×10表示(2×10)维的零矩阵，03×2表示(3×2)维的零矩阵，03×7表示(3×7)维的零矩阵，H1(t)如下式所示：步骤103)建立传递对准惯性器件误差补偿模型：传递对准过程中，陀螺随机常值漂移误差补偿模型如式(6)所示：其中，表示补偿之后的三轴，即x轴、y轴、z轴，陀螺随机常值漂移，表示三轴随机常值漂移，表示三轴随机慢变漂移，表示三轴随机快变漂移，表示标定的三轴随机常值漂移；传递对准过程中，加速度计随机常值偏置误差补偿模型如式(7)所示：其中，表示补偿后的两轴，即x轴、y轴加速度计随机常值偏置，表示两轴加速度计随机常值偏置，表示两轴加速度计随机快变常值偏置，表示标定的两轴加速度计常值偏置。作为优选例，所述的步骤20)包括：进行时间更新，所述进行时间更新包括以下过程：根据式(8)计算状态一步预测值：其中，表示离散时间系统(12×1)维一步预测状态估计值，Φk+1,k表示离散时间系统(12×12)维状态转移矩阵，表示离散时间系统(12×1)维状态估计值；根据式(9)计算状态估计值：其中，表示离散时间系统k+1时刻的状态估计值，表示离散时间系统k到k+1时刻的一步预测状态估计值，Kk+1表示离散时间系统k+1时刻滤波增益；Yk+1表示离散时间系统k+1时刻子惯导和主惯导的量测向量，Hk+1表示离散时间系统k+1时刻量测矩阵；进行量测更新，所述量测更新包括以下过程：判断滤波器的收敛状态:选取不等式Pk表示离散时间系统的均方误差矩阵；Hk表示离散时间系统在k时刻量测矩阵，Lk表示(12×12)维矩阵，ξ表示自适应补偿H无穷滤波器的鲁棒因子；首先判断是否成立，如果不成立，则调整Pk值；如果成立，则保持Pk值不变；所述调整Pk值的过程为：计算过程矩阵Gk：式中，Diag表示取矩阵的对角线元素组成对角矩阵，符号||表示取矩阵元素的绝对值；构造过程均方误差矩阵使其满足式(11)：对式(11)进行变换，得到过程均方误差矩阵如式(12)所示：构造补偿矩阵使其满足式(13)：用过程均方误差矩阵和补偿矩阵求取调整之后新的均方误差矩阵如式(14)所示：其中，σ表示增益系数；利用新的均方误差矩阵取代Pk，从而实现对Pk的调整；进行量测更新：首先，按照式(15)计算滤波信息Λk：其中，Yk表示离散时间系统k时刻子惯导和主惯导的量测向量；表示离散时间系统k-1到k时刻的一步预测状态估计值；其次，根据式(16)计算构造系数其中，ζ表示相关系数，且ζ>0，N表示滤波状态的维数；接着，根据式(17)计算鲁棒因子ξ：其中，λmax表示取矩阵的最大特征值；根据式(18)计算初始过程矩阵KS,k+1：其中，I表示(5×5)维的单位矩阵；根据式(19)计算中间过程矩阵Υk+1：Υk+1＝(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法，其特征在于，该方法包括：步骤10)建立传递对准模型；步骤20)对步骤10)建立的传递对准模型，进行自适应补偿H无穷滤波，估计失准角，完成传递对准。

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法，其特征在于，该方法包括：步骤10)建立传递对准模型；步骤20)对步骤10)建立的传递对准模型，进行自适应补偿H无穷滤波，估计失准角，完成传递对准。2.按照权利要求1所述的基于自适应补偿H无穷滤波的传递对准方法，其特征在于，所述的步骤10)包括：步骤101)建立传递对准系统状态方程：选取12维状态建立系统的状态向量X(t)，系统状态向量X(t)如式(1)所示：其中，δL表示纬度误差，δλ表示经度误差,δVE表示导航坐标系中的东向速度误差，δVN表示导航坐标系中的北向速度误差，φE表示导航坐标系中的东向失准角，φN表示导航坐标系中的北向失准角，φU表示导航坐标系中的方位失准角，表示载体坐标系中右向轴的加速度计随机常值偏置，表示载体坐标系中前向轴的加速度计随机常值偏置，εx表示载体坐标系中右向轴的陀螺随机常值漂移，εy表示载体坐标系中前向轴的陀螺随机常值漂移，εz表示载体坐标系中天向轴的陀螺随机常值漂移；传递对准系统状态方程如式(2)所示：其中，X(t)为连续时间系统(12×1)维状态向量，是X(t)的微分形式，G(t)表示连续时间系统的系统噪声驱动矩阵，W(t)表示连续时间系统零均值高斯白噪声；F(t)表示连续时间系统(12×12)维状态转移矩阵，如式(3)所示：其中，05×7表示(5×7)维的零矩阵，05×5表示(5×5)维的零矩阵，F1(t)如下式所示：其中，RM表示子午圈曲率半径，RN表示卯酉圈曲率半径，VE表示东向速度，VN表示北向速度，L表示纬度，ωie表示地球旋转角速率，fE表示比力的东向分量，fN表示比力的北向分量，fU表示比力的天向分量；C(t)如下式所示：式中，捷联惯性导航系统的姿态矩阵定义为T11表示姿态矩阵的第1行第1列元素，T12表示姿态矩阵的第1行第2列元素，T21表示姿态矩阵的第2行第1列元素，T22表示姿态矩阵的第2行第2列元素，T13表示姿态矩阵的第1行第3列元素，T23表示姿态矩阵的第2行第3列元素，T31表示姿态矩阵的第3行第1列元素，T32表示姿态矩阵的第3行第2列元素，T33表示姿态矩阵的第3行第3列元素；步骤102)建立传递对准系统量测方程：传递对准系统量测方程如式(4)所示：其中，Y(t)表示连续时间系统时间t时刻的量测向量；δVE表示子惯导和主惯导东向速度误差，δVN表示子惯导和主惯导北向速度误差，δH表示子惯导和主惯导航向角误差，δP表示子惯导和主惯导俯仰角误差，δR表示子惯导和主惯导横滚角误差，表示子惯导的东向速度，表示主惯导的东向速度，表示子惯导的北向速度，表示主惯导的北向速度，表示子惯导的航向角,Hm表示主惯导的航向角,表示子惯导的俯仰角，Pm表示主惯导的俯仰角，表示子惯导的横滚角，Rm表示主惯导的横滚角；系统的量测方程如式(5)所示：Y(t)＝H(t)X(t)+V(t)式(5)其中，V(t)表示连续时间系统量测噪声向量，H(t)表示连续时间系统量测矩阵，H(t)如下式所示：其中，I2×2表示(2×2)维的单位矩阵，02×10表示(2×10)维的零矩阵，03×2表示(3×2)维的零矩阵，03×7表示(3×7)维的零矩阵，H1(t)如下式所示：步骤103)建立传递对准惯性器件误差补偿模...

【专利技术属性】
技术研发人员：程向红，吕维维，范时秒，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32