一种鲁棒最优意义下的惯导快速初始对准方法技术

本发明专利技术公开了一种鲁棒最优意义下的惯导快速初始对准方法。在初始对准系统中引入辅助矩阵和辅助反馈控制向量，根据ｍａｘｍｉｎ指标求解鲁棒最优控制问题，确定状态反馈控制矩阵；在初始对准过程中，利用改进的Ｈ∞滤波器实时递推计算惯导系统误差方程中的状态向量，反馈后形成闭环回路；系统收敛后得到三个失准角。使用该方法、系统结构和参数稳定鲁棒性良好，改善了动态响应品质，提高了惯导系统初始对准的快速性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及惯性导航领域的初始对准技术，同时涉及鲁棒控制理论。技术背景初始对准是惯性导航领域的关键技术之一。初始对准是指惯导系统正式进入工作 状态之前，要使平台坐标系与选定的导航坐标系相重合，为导航解算提供必须的初始条件， 包括对准精度和对准时间两个重要指标，它对系统以后的工作性能产生直接影响。由于部分状态变量的能观测性比较差，传统的初始对准方法对准时间比较长。而 减小初始对准时间对提高武器系统响应的快速性具有极其重要的意义。初始对准中常用Kalman滤波器对误差状态向量进行估计。但Kalman滤波器要求 系统的模型准确、噪声统计特性已知并且满足相关性的假设条件。实际应用时，系统中却存 在着对统计特性缺乏了解的外部干扰信号，而且系统模型本身存在一定范围内的摄动。针对初始对准时间长、滤波系统的不确定性等问题，本专利技术将L2有界不确定性鲁 棒最优控制理论和Hj虑波器引入惯导系统的初始对准过程，以一种新的思路和方法加以 解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有鲁棒最优性能的惯导系统快速初始对准方法。初始对准的实现过程如下a 根据惯导系统误差状态方程的数学模型y 二 Cx + Dv选择辅助反馈控制向量U、确定辅助矩阵Bi。确定maxmin 指标J =: max min f 0x+ " ，其中 q 半正定b 利用L2有界不确定性系统线性二次鲁棒最优控制的理论求取状态反馈解，确定 状态反馈矩阵K1 ；c 在初始对准过程中，利用改进的Hj虑波器实时递推计算惯导系统的误差状态向量；d 虑波器得到的误差状态向量估计值与状态反馈矩阵K1相乘，反馈回初始对 准回路，形成闭环控制系统；e 系统收敛后得到三个失准角ΦΕ、ΦΝ、Φυο对于捷联惯导系统，修正捷联矩阵， 完成了数学平台的初始对准。根据该方法，步骤a中矩阵的选择必须满足以下条件(A，B1)能控或者能镇定， (Α，C)能观，(A，Q)能观。根据该方法，步骤b中需构造一个实对称矩阵P，使状态反馈矩阵& =-5/1。 实对称矩阵P和选定的参数η需满足代数Riccati方程PA+ATP+Q-P (B1B1^B2 η _1B2T) P = O其中参数η取值范围0 < η < 1。实对称矩阵P和选定的参数η、矩阵U ( η)需满足Lyapunov方程 TU ( η ) +U ( η ) + T =0。权利要求1.，将L2有界不确定性鲁棒最优控制理 论和H00滤波器引入惯导系统的初始对准过程，其特征在于包括a 根据惯导系统误差状态方程的数学模型χ - Ax + B2V y-Cx + Dv选择辅助反馈控制向量U、确定辅助矩阵Bi。确定 maxmin 指标= max min Γ{xTQx + uTu)dt，其中 Q 半正定；b 利用L2有界不确定性系统线性二次鲁棒最优控制的理论求取状态反馈解，确定状态 反馈矩阵K1;c 在初始对准过程中，利用改进的Hj虑波器实时递推计算惯导系统的误差状态向量； d 虑波器得到的误差状态向量估计值与状态反馈矩阵K1相乘，反馈回初始对准回 路，形成闭环控制系统；e 系统收敛后得到三个失准角ΦΕ、ΘΝ、φυο对于捷联惯导系统，修正捷联矩阵，完成 数学平台的初始对准。2.如权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤a中矩阵的选择必须满足以下条件(A，B1)能控或者能镇定，(A，C)能观，(A，Q) 能观。3.如权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤b中需构造一个实对称矩阵P，使& -: ~B[P。4.如权利要求3所述的，其特征在于， 所述实对称矩阵P和选定的参数Π需满足代数Riccati方程PA+ATP+Q-P (B1Bi1-B2 n ^1B21) P = 0。5.如权利要求4所述的，其特征在于， 所述实对称矩阵P和选定的参数η、矩阵υ( η)需满足Lyapunov方程TU(n)+U(n) + τ = 0。6.如权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤c中对误差状态向量的估计采用改进的H00滤波算法，惯导系统误差状态方程离散后 'Xm= φ ,Xk^rkWk ^yk =HkXk+VkΛ = LkXk此处线性组合中Lk可取为单位阵I， 改进的H00滤波算法为7.如权利要求6所述的，其特征在于， 采用因子矩阵S对所述H00滤波器进行改进。8.如权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤d中初始对准回路引入与惯导系统误差状态向量成线性关系的辅助反馈控制向量。9.如权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤d中的控制系统无实际电子线路，所述初始对准回路由计算机程序实现。全文摘要本专利技术公开了。在初始对准系统中引入辅助矩阵和辅助反馈控制向量，根据maxmin指标求解鲁棒最优控制问题，确定状态反馈控制矩阵；在初始对准过程中，利用改进的H∞滤波器实时递推计算惯导系统误差方程中的状态向量，反馈后形成闭环回路；系统收敛后得到三个失准角。使用该方法、系统结构和参数稳定鲁棒性良好，改善了动态响应品质，提高了惯导系统初始对准的快速性。文档编号G01C21/16GK102032922SQ201010568090公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日专利技术者吴光跃, 岳冬雪, 戴绍忠 申请人:北京华力创通科技股份有限公司本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鲁棒最优意义下的惯导快速初始对准方法，将Ｌ２有界不确定性鲁棒最优控制理论和Ｈ∞滤波器引入惯导系统的初始对准过程，其特征在于包括：ａ：根据惯导系统误差状态方程的数学模型＊＊＊选择辅助反馈控制向量ｕ、确定辅助矩阵Ｂ↓［１］。确定ｍａｘｍｉｎ指标：Ｊ＝＊＊∫↓［０］↑［＋∞］（ｘ↑［Ｔ］Ｑｘ＋ｕ↑［Ｔ］ｕ）ｄｔ，其中Ｑ半正定；ｂ：利用Ｌ↓［２］有界不确定性系统线性二次鲁棒最优控制的理论求取状态反馈解，确定状态反馈矩阵Ｋ↓［１］；ｃ：在初始对准过程中，利用改进的Ｈ↓［∞］滤波器实时递推计算惯导系统的误差状态向量；ｄ：Ｈ↓［∞］滤波器得到的误差状态向量估计值与状态反馈矩阵Ｋ↓［１］相乘，反馈回初始对准回路，形成闭环控制系统；ｅ：系统收敛后得到三个失准角φ↓［Ｅ］、θ↓［Ｎ］、φ↓［Ｕ］。对于捷联惯导系统，修正捷联矩阵，完成数学平台的初始对准。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴绍忠，吴光跃，岳冬雪，
申请(专利权)人：北京华力创通科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]