一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法技术

本发明专利技术涉及一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法。针对舰载惯性/偏振/地磁组合导航系统在陌生远海执行任务时面临多源复杂未知干扰的情况，首先考虑风浪与天气不确定性等多源干扰，建立舰船动力学模型；其次，基于选择舰船状态量，建立组合导航状态模型，并建立三维姿态量测模型；再次，针对具有谐波特性的风浪干扰，构建风浪干扰模型，并结合组合导航状态模型，建立风浪干扰观测器；最后，针对系统模型明显非线性非高斯特性，采用粒子滤波算法从统计学角度对组合导航系统状态量进行估计，实现自适应复合抗干扰导航策略。本发明专利技术方法具有抗干扰能力强，控制精度高等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法


[0001]本专利技术属于运动体抗干扰导航领域，具体涉及一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法。

技术介绍

[0002]目前，全球主要经济体大国纷纷将关注点投向海洋，对陌生远海深海的探索将成为科技发展创新的新引擎。然而，陌生海域海况复杂未知，现有的导航方法与导航模型中对外界环境干扰考虑不足，无法满足舰船在复杂海况下导航可靠性和自适应性需求。现有研究中，例如，中国专利申请（CN113834483A）“一种基于可观测度的惯性/偏振/地磁容错导航方法”针对组合导航系统干扰，采用联邦滤波方法进行处理，中国专利申请（CN114459474A）“一种基于因子图的惯性/偏振/雷达/光流紧组合导航的方法”采用量测量增广的方法进行滤波，上述方法都是将外界干扰考虑为量测中的高斯噪声进行处理，组合导航系统建模无法对外界干扰实现直接扩展建模，对噪声考虑不充分。中国专利技术专利（CN113819907B）“一种基于偏振和太阳双矢量切换的惯性/偏振导航方法”在进行组合导航滤波时采用卡尔曼滤波方法，中国专利申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤（1）、针对舰载惯性/偏振/地磁组合导航系统在海上航行存在多种不确定性干扰的情况，基于舰船动力学，考虑包括风浪干扰、海况与天气不确定性干扰、系统模型误差的多源复合干扰，建立舰船动力学模型；其中，分别表示舰船的横摇角、纵摇角、航向角，即舰船三维姿态角，分别表示舰船三轴角速度；步骤（2）、基于步骤（1）建立的舰船动力学模型，选择舰船三维姿态角与舰船三轴角速度为状态量，即，建立组合导航状态模型，其中，为系统状态量，为风浪干扰力矩，为海况与天气不确定性相关力矩，为舰船受到的其他力矩和，系统的过程噪声；在量测部分，利用惯性导航系统对舰船三轴角速度进行量测，建立角速度量测模型，为陀螺仪测量得到的舰船三维角速度，为惯性导航系统的量测噪声，同时利用偏振导航系统与地磁导航系统实现对舰船三维姿态角的量测，建立三维姿态量测模型，其中，为量测的偏振矢量，为量测的地磁矢量，为导航系下的太阳矢量，为导航系下的地磁矢量，为三维姿态量测噪声；表示由偏振矢量、地磁矢量、太阳矢量计算三维姿态量测模型的非线性函数；步骤（3）、针对具有谐波特性的风浪干扰，构建风浪干扰模型，并结合步骤（2）中的组合导航状态模型，建立风浪干扰观测器，其中，为干扰估计系统状态量，为干扰估计系统量测量；步骤（4）、考虑到海况与天气不确定性具有明显非线性非高斯特性，构建粒子滤波器，当组合导航系统量测信息更新时，结合步骤（3）中的风浪干扰观测器对
风浪干扰进行估计，再利用粒子滤波器对组合导航系统模型的导航参量进行估计，从而实现自适应复合抗干扰导航。2.根据权利要求1所述的一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法，其特征在于：所述步骤（1）包括：建立舰船动力学模型为：，其中，，，分别表示机体坐标系下舰船三轴惯性矩；为矩阵求逆运算；为风浪干扰作用在舰船上的干扰力矩，，，分别表示风浪干扰在三个坐标轴上的分量，表示向量或矩阵的转置运算；为海况与天气不确定性引入的干扰力矩，，，分别表示海况与天气不确定性干扰在三个坐标轴上的分量；为舰船受到的其他力矩，，，表示其在三个坐标轴上的分量；为系统的过程噪声，，，表示系统过程噪声在三个坐标轴上的分量，满足，表示均值为方差为的正态分布。3.根据权利要求2所述的一种基于舰船动力学组合导航复合抗干扰自适应滤波方法，其特征在于：所述步骤（2）包括：将步骤（1）建立的舰船动力学模型进行整理并离散化处理，选择舰船状态量为
，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔建忠，张洁，郭雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：