基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法技术

本发明专利技术提供了基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法，首先根据载体挠曲变形建立13个子模型，5个模型群；其次利用运行的模型群中的子模型的最大模式概率与检测门限比较作为激活候选模型群的决策；再利用加权残差的平方和作为模型群切换的“硬”规则，选择最合适的模型群；最后在选择最合适的模型群进行交互式模型滤波，输出最终的挠曲变形角的估计。本发明专利技术能够较快的估计出具有较高精度的载体挠曲变形角，有效降低了挠曲变形的影响。有效降低了挠曲变形的影响。有效降低了挠曲变形的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法


[0001]本专利技术涉及惯性
，具体为基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，对载体及载体设备的精度、时效性等方面要求越来越高，由于载体并非是个绝对的刚体，所以载体处于机动情况时将会导致载体挠曲变形，而挠曲变形对载体及载体设备有一定的影响，因此精确、快速估计出载体的挠曲变形十分重要。
[0003]载体机动产生的挠曲变形是模型结构可变的，并且参数不确定，这样采用单一模型和固定参数，将大大影响估计精度。例如在专利申请号为201811633089.X，名称为“一种适用于机翼挠曲变形的机载自适应传递对准方法”的专利文件中，根据飞行高度，对观测噪声R
k
进行调整，进行子惯导的对准解算，实现滤波算法自适应。但是由于机体的挠曲变形是结构可变的，仅仅通过高度去进行自适应滤波，只能相对提高精度，不能完全准确补偿挠曲变形的影响。又如在专利申请号为201710185998.0，名称为“基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法”的专利文件中，考虑到挠曲变形模型是结构可变，运行交互式多模型滤波，可以实现高精度的变形角的估计。但是在交互式多模型滤波中，一方面要保证模型群有足够多的模型来覆盖系统的实际模型；另一方面，为了保证计算速度，需要尽量使用较小的模型数量。显然，这两个要求是矛盾的，为了实现更高精度的变形角的估计，交互式多模型滤波是无法实现的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了可以大大提高载体挠曲变形角的估计精度与时效性，减少挠曲变形对载体及载体设备的影响的基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法。
[0005]基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：在载体安装主惯导、待测量的挠曲变形区域安装子惯导，对捷联惯性导航系统的惯性测量元件进行充分预热，使之可进入工作状态。
[0007]步骤2：建立系统子模型的状态方程及量测方程。
[0008]步骤3：建立13个子模型与5个模型群，13个子模型分别为：m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m
10
、m
11
、m
12
、m
13
，5个模型群分别为：{m1,m2,m3,m4,m5}、{m2,m1,m6,m9,m
10
}、{m3,m1,m6,m7,m
11
}、{m4,m1,m7,m8,m
12
}、{m5,m1,m8,m9,m
13
}。
[0009]步骤4：令k＝k+1，式中k为时刻，运行一次交互式多模型(IMM)滤波。
[0010]步骤5：检测是否有候选模型群被激活。
[0011]步骤6：如果有被激活，为k时刻新激活候选模型群，则令为k时刻新激活候选模型群，则令式中，为当前起作用的模型群，M
k
为k时刻整个模型群，同时计算估计融合。
[0012]步骤7：输出k时刻的挠曲变形角的估计。
[0013]步骤8：检测是否达到门限值条件。
[0014]步骤9：如果没有达到门限值条件，则令M
k+1
＝M
k
，M
k+1
为k+1时刻整个模型群，令k＝k+1，运行一次IMM滤波，然后跳转到步骤8。
[0015]步骤10：5秒后停止滤波，输出最终的挠曲变形角的估计。
[0016]进一步的，所述步骤5中，检测是否有候选模型群被激活具体为：
[0017]当满足以下条件时，
[0018]max_μ
k
＞μ_threshold
[0019]则激活候选模型群。式中，max_μ
k
为M
k
中的子模型的模式概率的最大值，μ_threshold为激活候选模型群的门限值(根据运行的模型群与全部模型的占比，这里设置门限值μ_threshold为0.35)。如果没有候选模型群被激活，就输出k时刻的挠曲变形角的估计。然后令M
k+1
＝M
k
，同时跳回到步骤4。
[0020]进一步的，所述步骤6中，如果有M
ka
被激活，则令同时计算估计融合具体为：
[0021]在估计融合中分别计算的加权残差的平方和及的加权残差的平方和
[0022][0023]式中，上标o为内的子模型m
o
；上标a为内的子模型m
a
；上标分别为模型群下标k为k时刻；分别为k时刻的子模型m
o
、m
a
的残差；分别为k时刻的子模型m
o
、m
a
的残差的协方差矩阵。
[0024]进一步的，所述步骤8中，检测是否达到门限值条件具体为：
[0025]当满足以下条件时，
[0026][0027]则终止令然后跳转步骤4。式中，Σ_threshold为检测是否终止模型群的门限值(根据经验，这里设置门限值Σ_threshold为0.8)。
[0028]当满足以下条件时，
[0029][0030]则终止令然后跳转步骤4。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术将主、子惯导的相对失准角，主、子惯导的速度误差，子惯导的陀螺漂移，子惯导的加速度计零偏，主、子惯导的安装误差角，挠曲变形角及挠曲变形角速率作为状态量；主、子惯导的相对失准角，主、子惯导的速度误差作为量测量；建立系统基本模型。由于载体机动产生的挠曲变形是模型结构可变的，并且参数不确定，建立多个模型进行估计，可以大大提高对挠曲变形的估计精度，本专利技术建立13个子模型，5个模型群，运用变结构多模型(VSMM)滤波；利用运行的模型群中的子模型的最大模式概率与检测门限比较作为激活候
选模型群的决策，可以减少激活正确群的延迟；利用加权残差的平方和作为模型群切换的“硬”规则，选择最合适的模型群，可以大大提高对挠曲变形的估计精度与时效性。本专利技术通过VSMM滤波，能够保证系统在较短时间内估计出较高精度的挠曲变形角，有效降低了挠曲变形对载体及载体设备的影响，有一定的工程应用价值。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的的整体模型图；
[0034]图2为本专利技术以子模型m1为中心模型的模型群图；
[0035]图3为本专利技术的实现流程图；
[0036]图4为本专利技术的实现VSMM算法流程图；
[0037]图5为本专利技术的实时估计挠曲变形角的仿真图。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。
[0039]本专利技术是这样实现的：
[0040]在载体安装主惯导、待测量的挠曲变形区域安装子惯导，对捷联惯性导航系统的惯性测量元件进行充分预热，之后可进入工作状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于变结构多模型的载体挠曲变形角的估计方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：在载体安装主惯导、待测量的挠曲变形区域安装子惯导，对捷联惯性导航系统的惯性测量元件进行充分预热，使之可进入工作状态。步骤2：建立系统子模型的状态方程及量测方程。步骤3：建立13个子模型与5个模型群，13个子模型分别为：m1、m2、m3、m4、m5、m6、m7、m8、m9、m
10
、m
11
、m
12
、m
13
，5个模型群分别为：{m1,m2,m3,m4,m5}、{m2,m1,m6,m9,m
10
}、{m3,m1,m6,m7,m
11
}、{m4,m1,m7,m8,m
12
}、{m5,m1,m8,m9,m
13
}。步骤4：令k＝k+1，式中k为时刻，运行一次交互式多模型(IMM)滤波。步骤5：检测是否有候选模型群被激活。步骤6：如果有被激活，为k时刻新激活候选模型群，则令为k时刻新激活候选模型群，则令式中，为当前起作用的模型群，M
k
为k时刻整个模型群，同时计算估计融合。步骤7：输出k时刻的挠曲变形角的估计。步骤8：检测是否达到门限值条件。步骤9：如果没有达到门限值条件，则令M
k+1
＝M
k
，M
k+1
为k+1时刻整个模型群，令k＝k+1，运行一次IMM滤波，然后跳转到步骤8。步骤10：5秒后停止滤波，输出最终的挠曲变形角的估计。2.根据权利要求1所述的基于变结构多模型的载体...

【专利技术属性】
技术研发人员：奔粤阳，王健成，赵玉新，吴磊，李倩，周广涛，李帅阳，臧新乐，龚胜，侯靓，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：