專利名稱：一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合導(dǎo)航方法，是一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，適用于航 空導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，可應(yīng)用于航空器導(dǎo)航，也可適用于航天、航海導(dǎo)航定位。
技術(shù)背景導(dǎo)航系統(tǒng)就是測量并解算出運載體的運動信息，提供給駕駛員或自動駕駛儀實現(xiàn)對運 載體的正確操縱或控制。各種導(dǎo)航系統(tǒng)單獨使用時是很難滿足導(dǎo)航性能要求的，提高導(dǎo)航 系統(tǒng)整體性能的有效途徑是采用組合導(dǎo)航技術(shù)，即用兩種或兩種以上的非相似的導(dǎo)航系統(tǒng) 對同一導(dǎo)航信息作量測并解算以形成量測量，從這些量測量中計算出各導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差并 校正之。采用組合導(dǎo)航技術(shù)的系統(tǒng)稱為組合導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)作為一種自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不受外界干擾，隱蔽性好。但是， 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)有它難以克服的缺點，其導(dǎo)航定位誤差隨時間增長，因而難以長時間的獨立 工作；70年代發(fā)展起來的GPS全球定位系統(tǒng)，它的特點是定位和測速精度高，但是，接收 機信號輸出不連續(xù)，更新頻率一般在l-2Hz，易受遮擋和干擾；天文導(dǎo)航系統(tǒng)依靠天體敏感 器觀測天體的方位信息進行定位導(dǎo)航，是一種自主式的導(dǎo)航系統(tǒng)，但易受環(huán)境影響，且定 位精度較低。因此，將三者進行組合得到的組合導(dǎo)航系統(tǒng)可以取得很好導(dǎo)航精度。目前組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理最經(jīng)典的方法是Kalman濾波。通過Kalman濾波估計出 慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差，然后對慣導(dǎo)進行校正，以達到提高精度的目的。但是，由于Kalman 濾波器的運算時間與系統(tǒng)階次的三次方成正比。所以當(dāng)系統(tǒng)階次很高時，濾波器會失去實 時性，特別是當(dāng)系統(tǒng)存在有色噪聲或建模誤差時，容易出現(xiàn)濾波的發(fā)散現(xiàn)象，雖然有EKF、 UKF等改進方法但仍然受制于假設(shè)條件太強使得實際應(yīng)用情況不理想?，F(xiàn)在采用的基于 Riccati方程的/^濾波技術(shù)對系統(tǒng)噪聲的不確定性則具有較強的魯棒性，但初始參數(shù)設(shè)置不當(dāng)仍然可能導(dǎo)致濾波發(fā)散，且參數(shù)選取僅能憑經(jīng)驗而無系統(tǒng)的方法，給工程實踐帶來一定 困難；同時Riccati方程的求解多基于遞推算法，其運算量大且收斂性不一定能得到保證。 上述方法都是基于單一性能指標(biāo)的濾波方法，僅能針對系統(tǒng)的方差或凡范數(shù)優(yōu)化，并且容 易出現(xiàn)濾波發(fā)散。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，解決導(dǎo)航系統(tǒng)冗余信息的融合，在模型不確定、噪聲非高斯且統(tǒng)計特性未知的 情況下改善導(dǎo)航精度的同時提高系統(tǒng)的可靠性，降低工程實施難度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為 一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，利用捷聯(lián)慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)、GPS、天文導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的速度、位置、姿態(tài)信息獲取導(dǎo)航數(shù)據(jù)，魯棒耗散濾波器 通過LMI技術(shù)對耗散性能指標(biāo)尋優(yōu)求取最優(yōu)解，其實現(xiàn)步驟如下(1) 將地理坐標(biāo)系下的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為仿射參數(shù)依賴模型描述；(2) 以捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的位置數(shù)據(jù)和GPS系統(tǒng)位置數(shù)據(jù)的差，捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的速度數(shù)據(jù)和GPS系統(tǒng)速度數(shù)據(jù)的差，以及捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)數(shù)據(jù)和天文導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)數(shù)據(jù)的差，做為 量測數(shù)據(jù)建立組合導(dǎo)航系統(tǒng)的量測方程；捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、GPS、天文導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的速度、 位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)作為組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，GPS和天文導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為量測數(shù)據(jù)建立系 統(tǒng)量測方程；。)將地理坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程、系統(tǒng)量測方程、系統(tǒng)保性能濾波器聯(lián)立構(gòu)成 閉環(huán)系統(tǒng)，對系統(tǒng)的噪聲輸入通道矩陣進行加權(quán)處理；(4)針對系統(tǒng)輸出的精度要求設(shè)計系統(tǒng)魯棒耗散濾波器，并LMI算法求解系統(tǒng)魯棒耗散 濾波器，完成組合導(dǎo)航。所述步驟(l)中的捷聯(lián)慣導(dǎo)地理坐標(biāo)系誤差狀態(tài)方程的仿射參數(shù)依賴模型描述方法為-將時變的地理坐標(biāo)系下捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程中的參數(shù)變化作為系統(tǒng)的不確定性，并使用 不確定系統(tǒng)的仿射參數(shù)依賴模型來描述地理坐標(biāo)系下的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程，其中主要 是確定載體位置、速度變化域，取其頂點并將其代入捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程，得到仿射參 數(shù)依賴模型描述的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程的頂點，進而得到仿射參數(shù)依賴模型描述的捷聯(lián) 慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程。所述步驟(3)中的閉環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)立以及對噪聲輸入通道矩陣進行加權(quán)處理的方法如下(1) 閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)方程將地理坐標(biāo)系捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程、系統(tǒng)量測方程與系統(tǒng)魯棒耗散濾波器 聯(lián)立構(gòu)成濾波誤差狀態(tài)方程^:e(/t + l)-04-《'C).e(A:)+ (5其中濾波誤差狀態(tài)e(W-xOt)-x/zfc)， 3為組合導(dǎo)航系統(tǒng)的噪聲增益陣，"為量測輸出中噪聲增益陣；(2) 閉環(huán)系統(tǒng)魯棒耗散可調(diào)輸出為提高濾波器對捷聯(lián)慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差的估計，將濾波器輸出與捷聯(lián)慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差之差作 為閉環(huán)系統(tǒng)輸出，并根據(jù)耗散性能指標(biāo)對濾波高精度的要求，確定可調(diào)輸出矩陣，得閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒耗散可調(diào)輸出為= ^e(W ， 其中丄為耗散性能的可調(diào)輸出矩陣 (3)噪聲輸入通道加權(quán)處理濾波誤差系統(tǒng)tz(/:)-Le("為平衡對不同噪聲輸入通道進入的噪聲的抑制效果，需預(yù)先對噪聲輸入矩陣做加權(quán)處 理，即5 = 5*『，D = 『為系統(tǒng)噪聲輸入通道重要性加權(quán)矩陣，根據(jù)對各通道噪聲的干擾抑制需要確定各輸入通道的重要性加權(quán)系數(shù)，『為對角陣，對角線相應(yīng)元素為相 應(yīng)噪聲輸入通道的重要性加權(quán)系數(shù)。所述步驟(4)中的魯棒耗散濾波器的設(shè)計如下使得濾波器狀態(tài)々盡可能逼近導(dǎo)航誤差狀態(tài)x，其中^為組合導(dǎo)航系統(tǒng)矩陣，c為觀 測矩陣，只"為量測輸出，AT為濾波器增益。所述步驟(4)中LMI算法求解系統(tǒng)魯棒耗散濾波器的方法如下(1) 將問題采用一組線性矩陣不等式LMIS表示，并使用Matlab的線性矩陣不等式工具 箱LMI Toolbox)中l(wèi)mivar、 lmiterm函數(shù)求解；(2) 最后通過代數(shù)變換將所得LMI決策變量轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的魯棒耗散濾波器。 本發(fā)明的原理是LMI(Linear Matrix Inequality,線性矩陣不等式)是一種有效的控制系統(tǒng)分析與綜合設(shè)計方法，結(jié)合W"、無源性以及極點配置技術(shù)研究基于LMI的魯棒耗散濾波 器。在極大降低濾波運算量的同時可以配置系統(tǒng)的閉環(huán)極點保證系統(tǒng)收斂快速性；對系統(tǒng) 耗散性能的優(yōu)化可以改善系統(tǒng)的綜合性能；同時參數(shù)依賴Lyapvmov矩陣的引入降低了算法 的保守性。首先，根據(jù)捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程時變性主要來源于載體位置、速度變化，給 定載體位置、速度變化域頂點將捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為仿射參數(shù)依賴描述；其次， 將捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程、量測方程和系統(tǒng)濾波器聯(lián)立構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，由精度要求提出魯 棒耗散性能指標(biāo)的可調(diào)輸出，同時對噪聲輸入通道做加權(quán)處理，根據(jù)魯棒控制理論耗散控 制方法，基于線性矩陣不等式將組合導(dǎo)航系統(tǒng)的信息融合問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題；最后， 利用Matlab線性矩陣不等式工具箱LMI Toolbox求解該凸優(yōu)化問題，并通過一系列代數(shù)變換從凸優(yōu)化問題可行解中解出組合導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)鎮(zhèn)定器和組合導(dǎo)航系統(tǒng)耗散濾波器。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明對系統(tǒng)模型不確定和噪聲非高斯具有很強的魯棒性，克服了Kahnan濾波和粒子濾波對噪聲統(tǒng)計特性要求較高的問題，避免了在模型不確定、噪聲非高斯、噪聲統(tǒng) 計特性難以獲得情況下Kalman濾波和粒子濾波出現(xiàn)的精度惡化，改善了導(dǎo)航精度的同時提 高系統(tǒng)的可靠性。(2) 7/ 控制和無源性控制都是耗散控制的特殊情況，本發(fā)明綜合了Z/w濾波和無源濾 波的思想，比i^濾波和無源濾波更具有普遍性，降低了工程實施難度。(3) 通過極點配置，克服了組合系統(tǒng)的不穩(wěn)定性對濾波效果的影響，避免出現(xiàn)濾波嚴(yán) 重發(fā)散情況，對濾波系統(tǒng)有很好的鎮(zhèn)定作用，提高了系統(tǒng)的可靠性。(4) 基于LMI算法得到了對捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程魯棒的內(nèi)系統(tǒng)鎮(zhèn)定器和組合導(dǎo)航系 統(tǒng)魯棒耗散濾波器，克服了 Kahnan濾波和粒子濾波方法遞推過程運算量大且遞推算法不一 定收斂的缺點，進一步提高了導(dǎo)航精度。(5) 利用一個參數(shù)依賴的Lyapunov矩陣來替代濾波器增益求取過程中的單一 Lyapunov矩陣，進而導(dǎo)出系統(tǒng)穩(wěn)定性的條件，將有利于降低二次穩(wěn)定性概念中由于一個單 一的Lyapimov矩陣而引進的保守性，降低了工程實施難度。


圖1為本發(fā)明的一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法的設(shè)計流程圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明具體實現(xiàn)步驟如下1、建立捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程的仿射參數(shù)依賴模型描述以地理系(東北天)為導(dǎo)航解算的基本坐標(biāo)系，考慮飛行高度ft，并假設(shè)地球為旋轉(zhuǎn)橢球 體，慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程如下。(1)指北慣性導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)誤差角方程為<formula>formula see original document page 7</formula>式中，J^為當(dāng)?shù)刈游缑鎯?nèi)主曲率半徑；i^為與子午面垂直平面上的主曲率半徑；《,,為 地球自轉(zhuǎn)角速率，丄、A和/ 代表地理緯度、經(jīng)度和高度，變量[久&《]為三個數(shù)學(xué)平臺 誤差角；5v:;]為三個速度誤差；pi說M]為緯度誤差、經(jīng)度誤差和高度誤差；5 ^]為三個陀螺儀常值漂移；v「、]為三個方向速度;2E +犯sin21),<formula>formula see original document page 8</formula>^ v: = 一 /VA - 2(>yfe cosZ十 Vjr +2~^~ J、 一 2ty,;v^ sin丄5丄+ ▽上述速度誤差方程可通過對慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的速度解算方程的各變量求微分得到， ，x V.']為三個加速度計常值偏置，[/x力,]為三個比力。(3)位置誤差方程<formula>formula see original document page 8</formula>將上述平臺失準(zhǔn)角誤差、速度誤差和位置誤差方程聯(lián)立起來，慣性、天文、衛(wèi)星三組 合采用反饋校正模式，狀態(tài)和量測選取為間接法，取9階狀態(tài)變量x-lA，^，^/，^^，^V，^V，5丄，"，^2]71式中變量分別為(^,^，A三個平臺誤差角5v^^v^u東北天三個速度誤差；^:，說,J/ 經(jīng)度、緯度、高度三個位置誤差。將陀螺漂移、加計偏置和觀測噪聲一同看作系統(tǒng)驅(qū)動噪聲'(4)建立系統(tǒng)狀態(tài)方程雄)=F(O《)+鄰)W) 其中，系統(tǒng)的噪聲轉(zhuǎn)移矩陣G(/)為&30 0—(4)o 43 o.鄰)=系統(tǒng)噪聲矢量:式中變量A,A，ov^,^分別為陀螺儀、加速度計、姿態(tài)、速度和位置的系統(tǒng)噪聲, 系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣F(0為對應(yīng)的9個基本導(dǎo)航參數(shù)系統(tǒng)陣。 (5)建立量測方程速度觀測矢量^為:<formula>formula see original document page 9</formula>)式中，^(f) =
位置觀測矢量Zp為<formula>formula see original document page 9</formula>式中，A=[o3x6 /w ];采用經(jīng)過換算得到的數(shù)學(xué)平臺誤差角作為濾波器的觀測量，得到量測方程:式中，AW = [^ 、6f。 綜合上述各式中，則z(/) = C-;cO) + I>-cy(0 = 將狀態(tài)方程和量測方程離散化得<formula>formula see original document page 9</formula>矩陣j中變化項包括速度、位置，則將誤差狀態(tài)方程表示成參數(shù)依賴模型主要就是將地理坐標(biāo)系下載體位置、速度量測值用一個凸多邊形表示，取該凸多面體的頂點Q,.蘭(4),(hi,…，")。以Q,.為頂點的參數(shù)依賴模型Q蘭(v4)(其中Q蘭jri:r-藝;i,j;，J^-i10 為捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程的參數(shù)依賴模型描述。建立了地理坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程的仿射參數(shù)依賴模型描述。，首先，根據(jù)天文導(dǎo)航系統(tǒng)、慣性系統(tǒng)、gps系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出頻率確定組合周期r， 一般為1秒，并考慮載體的初始位置、初始速度。其次，確定載體位置、速度的變化域頂點。將所得載體位置、速度的變化域頂點代入到位置誤差、速度誤差、姿態(tài)誤差角方程中 得仿射參數(shù)依賴模型系統(tǒng)矩陣J(A)。得到地理坐標(biāo)系捷聯(lián)慣性導(dǎo)航誤差狀態(tài)方程仿射參數(shù)依賴模型描述的頂點，其頂點集為Q-(CVQv，Qj。 2、噪聲輸入通道加權(quán)矩陣的確定噪聲統(tǒng)計特性很難獲取但噪聲強度卻比較容易估計。對捷聯(lián)慣導(dǎo)進行靜態(tài)測試，采集一組加速度計和陀螺數(shù)據(jù)并計算其均方差記為五^和五^。；對天文導(dǎo)航姿態(tài)系統(tǒng)進行靜態(tài) 測試，采集一組姿態(tài)數(shù)據(jù)并計算其均方差記為￡-;對gps系統(tǒng)進行靜態(tài)測試，采集一組位 置、速度數(shù)據(jù)并計算其均方差記為五。、￡v 。噪聲輸入通道加權(quán)矩陣『為15維對角矩陣，主對角線元素分別為五^。、 ￡^。、 ￡^。、瓦、五A 五"s 瓦五、五、五3、耗散性能可調(diào)輸出矩陣的確定五..5—化M五—化MS閉環(huán)系統(tǒng)的耗散性能可調(diào)輸出矩陣可根據(jù)耗散性能需要選取。 4、基于魯棒耗散濾波組合導(dǎo)航方法存在的LMI條件給定參數(shù)依賴模型頂點集Q，噪聲通道加權(quán)矩陣，可調(diào)輸出矩陣，使用matlab里L(fēng)MI 工具箱求解以下LMIs優(yōu)化問題<formula>formula see original document page 10</formula>其中A"為圓心在原點的圓的半徑；込S,/ 為適當(dāng)維數(shù)矩陣，滿足二次能量供給函數(shù) z, 77) = (z, Q z》+ 2 (z, S' )r + i 》，其中i , 0為對稱矩陣且-0 = Mf M ，內(nèi)積算子(x,i/_v》=^>r(it)《,，尸2, (bl,…,")為一組正定的參數(shù)依賴Lyapunov矩陣變量，G， //為一組LMI矩陣變量。5、 魯棒極點配置和濾波器求解 魯棒濾波器的求解(1) 由Cholesky分解求M ，其中-2 = 71^似；(2) 求解LMIs得濾波器增益6、 系統(tǒng)性能的改進為進一步改進性能，需要對『和可調(diào)輸出矩陣進行細(xì)調(diào)并通過實驗確定一組合適的值。(1) 對礦和可調(diào)輸出矩陣的調(diào)整。首先在0.1到10倍范圍內(nèi)調(diào)整『主對角線前三個元 素使得其盡量大的同時又未造成綜合性能指標(biāo)明顯升高，其次按相同方法調(diào)節(jié)『主對角線 第4、 5、 6三個元素和第7、 8、 9三個元素。在經(jīng)過上述調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，提高位置估計精 度可以通過增大『主對角線第13、 14、 15元素或減小可調(diào)輸出矩陣主對角線前三個元素實 現(xiàn)；提高速度估計精度可以通過增大『主對角線后三個元素或減小可調(diào)輸出矩陣主對角線 第4、 5、 6三個元素實現(xiàn)；提高姿態(tài)估計精度可以通過增大『主對角線第10、 11、 12三個 元素或減小可調(diào)輸出矩陣主對角線后三個元素實現(xiàn)。(2) 通過實驗確定合適的圓半徑r和耗散性能加權(quán)參數(shù)。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，其特征在于包括以下步驟(1)將地理坐標(biāo)系下的捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程轉(zhuǎn)化為仿射參數(shù)依賴模型描述；(2)以捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的位置數(shù)據(jù)和GPS系統(tǒng)位置數(shù)據(jù)的差，捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的速度數(shù)據(jù)和GPS系統(tǒng)速度數(shù)據(jù)的差，以及捷聯(lián)慣導(dǎo)輸出的姿態(tài)數(shù)據(jù)和天文導(dǎo)航系統(tǒng)姿態(tài)數(shù)據(jù)的差，做為量測數(shù)據(jù)建立組合導(dǎo)航系統(tǒng)的量測方程；以捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)、GPS、天文導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的速度、位置、姿態(tài)數(shù)據(jù)作為組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)，GPS和天文導(dǎo)航系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為量測數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)量測方程；(3)將地理坐標(biāo)系捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程、系統(tǒng)量測方程、系統(tǒng)保性能濾波器聯(lián)立構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，對系統(tǒng)的噪聲輸入通道矩陣進行加權(quán)處理；(4)針對系統(tǒng)輸出的精度要求設(shè)計系統(tǒng)魯棒耗散濾波器，并LMI算法求解系統(tǒng)魯棒耗散濾波器，完成組合導(dǎo)航。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，其特征在于所述 步驟(1)中的捷聯(lián)慣導(dǎo)地理坐標(biāo)系誤差狀態(tài)方程的仿射參數(shù)依賴模型描述方法為將時變 的地理坐標(biāo)系下捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程中的參數(shù)變化作為系統(tǒng)的不確定性，并使用不確定 系統(tǒng)的仿射參數(shù)依賴模型來描述地理坐標(biāo)系下的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程，其中主要是確定 載體位置、速度變化域，取其頂點并將其代入捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程，得到仿射參數(shù)依賴 模型描述的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤差狀態(tài)方程的頂點，進而得到仿射參數(shù)依賴模型描述的捷聯(lián)慣導(dǎo)誤 差狀態(tài)方程。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，其特征在于所述 步驟(3)中的閉環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)立以及對噪聲輸入通道矩陣進行加權(quán)處理的方法如下(1) 閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)方程將地理坐標(biāo)系捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程、系統(tǒng)量測方程與系統(tǒng)魯棒耗散濾波器 聯(lián)立構(gòu)成濾波誤差狀態(tài)方程2e:e(;t + l)-(^-ii:.C).e(W + (S-A:.D).必("其中濾波誤差狀態(tài)e(W二;c(AO-々(Jt), B為組合導(dǎo)航系統(tǒng)的噪聲增益陣，D為量測輸出中噪聲增益陣；(2) 閉環(huán)系統(tǒng)魯棒耗散可調(diào)輸出 為提高濾波器對捷聯(lián)慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差的估計，將濾波器輸出與捷聯(lián)慣導(dǎo)導(dǎo)航誤差之差作為"閉環(huán)系統(tǒng)輸出，并根據(jù)耗散性能指標(biāo)對濾波高精度的要求，確定可調(diào)輸出矩陣，得閉環(huán)系 統(tǒng)的魯棒耗散可調(diào)輸出z(it)為<formula>formula see original document page 3</formula>其中丄為耗散性能的可調(diào)輸出矩陣； (3)噪聲輸入通道加權(quán)處理為平衡對不同噪聲輸入通道進入的噪聲的抑制效果，需預(yù)先對噪聲輸入矩陣做加權(quán)處 理，即萬=5*『，『為系統(tǒng)噪聲輸入通道重要性加權(quán)矩陣，根據(jù)對各通道噪 聲的千擾抑制需要確定各輸入通道的重要性加權(quán)系數(shù)，『為對角陣，對角線相應(yīng)元素為相 應(yīng)噪聲輸入通道的重要性加權(quán)系數(shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，其特征在于所述 步驟(4)中的魯棒耗散濾波器的設(shè)計如下<formula>formula see original document page 3</formula> 使得濾波器狀態(tài)々盡可能逼近導(dǎo)航誤差狀態(tài)x，其中^為組合導(dǎo)航系統(tǒng)矩陣，C為觀 測矩陣，XW為量測輸出，《為濾波器增益。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，其特征在于所述步驟(4)中LMI算法求解系統(tǒng)魯棒耗散濾波器的方法如下(1) 將問題采用一組線性矩陣不等式LMIS表示，并使用Matlab的線性矩陣不等式工具 箱LMI Toolbox)中l(wèi)mivar、 lmkerm函數(shù)求解；(2) 最后通過代數(shù)變換將所得LMI決策變量轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的魯棒耗散濾波器。
全文摘要
一種基于魯棒耗散濾波的組合導(dǎo)航方法，涉及一種捷聯(lián)慣性、衛(wèi)星、天文組合導(dǎo)航系統(tǒng)方法。該方法首先使用捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、GPS接收機、天文導(dǎo)航系統(tǒng)組成組合導(dǎo)航內(nèi)系統(tǒng)；其次根據(jù)現(xiàn)代控制理論耗散控制思想，使用線性矩陣不等式(Linear Matrix Inequality簡稱LMI)算法設(shè)計魯棒耗散濾波器融合高精度的GPS位置、速度和天文導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)量測信息，充分發(fā)揮傳統(tǒng)導(dǎo)航手段的高可靠性和可用性，以及衛(wèi)星、天文導(dǎo)航的高精度，最終實現(xiàn)基于多傳感器的高可靠、高精度組合導(dǎo)航。
文檔編號G01C21/20GK101246012SQ200810101248
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者偉 全, 帆 徐, 曹松銀, 王利學(xué), 雷 郭 申請人:北京航空航天大學(xué)