[发明专利]临近空间飞行器传递对准模型不确定性的鲁棒滤波方法

权利要求书

1.一种临近空间飞行器传递对准模型不确定性的鲁棒滤波方法，其特征在于，该鲁棒滤波方法具体步骤如下：

步骤1)建立临近空间飞行器传递对准系统的数学平台失准角误差方程、速度误差方程、位置误差方程和观测方程；

步骤2)根据数学平台失准角误差方程、速度误差方程、位置误差方程和观测方程建立模型不确定的状态方程和观测方程；

x_k＝f(x_k-1)+Φ(x_k-1)η_k+G_k|k-1w_k-1 (1)

z_k＝h(x_k)+Ψ(x_k)υ_k+v_k (2)

式中：

x_k是n维状态向量,z_k是m维观测向量，f(·)和h(·)分别对应非线性状态方程和观测方程；G_k|k-1是n×r维系统过程噪声输入矩阵，w_k-1是r维系统过程噪声序列,v_k是m维系统观测噪声序列；Φ(·)∈R^n×n是系统状态方程中模型不确定性部分的有界输入矩阵，Ψ(·)∈R^m×m是系统观测方程中模型不确定性部分的有界输入矩阵；η_k∈Rⁿ是系统状态方程中模型不确定性未知有界变量，υ_k∈R^m是系统观测方程中模型不确定性未知有界变量；具体如下：

2.1)x_k是

可简写为

包括导航系为发射点惯性坐标系下失准角φⁱ＝[φ_x φ_y φ_z]^T、速度误差δVⁱ＝[δV_x δV_y δV_z]^T、位置误差δSⁱ＝[δS_x δS_y δS_z]^T、陀螺仪随机常值误差ε_gⁱ＝[ε_gx ε_gy ε_gz]^T、加速度计随机常值误差安装误差μⁱ＝[μ_x μ_y μ_z]^T；系统噪声向量为：

2.2)系统状态方程中模型不确定性部分的有界输入矩阵Φ(·)具体为

η_k满足如下关系：

式中：η_k＝[η_φ 0_1×12]^T,η_φ∈R⁶,ε为鲁棒滤波参数；

2.3)模型不确定的状态方程具体为：

式中，为子惯导解算的姿态矩阵；是子惯导IMU的加速度计测量值；δgⁱ是引力场模型的引力加速度误差；

2.4)系统观测方程中模型不确定性部分的有界输入矩阵Ψ(·)具体为：

Ψ_φ是姿态匹配模型不确定部分，主要由初始安装误差确定，具体为：

2.5)模型不确定的观测方程具体为:

υ_φ∈R³是与姿态相关的观测模型不确定性未知有界变量，具体为

观测向量为:z_k＝[Z_a Z_v Z_s]^T；其中姿态观测量Z_a＝[Z_ax Z_ay Z_az]^T，速度观测量Z_v＝[Z_vxZ_vy Z_vz]^T，位置观测量Z_s＝[Z_sx Z_sy Z_sz]^T；ε为鲁棒滤波参数；Z_am是姿态匹配的观测量；

步骤3)给出状态变量初始值(x₀)和预测误差方差矩阵初始值(Σ_0|0)，给出N_p个稀疏网格求积分点集(ξ_j，ε_j)，其中j＝1,2，…，N_p；

状态变量初始值x₀＝[0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]^T；

预测误差方差矩阵初始值：

系统过程噪声初始值

系统观测噪声初始值

式中：

φ_x0、φ_y0和φ_z0是初始数学平台失准角；

δV_x0、δV_y0和δV_z0是初始速度误差；δS_x0、δS_y0和δS_z0是初始位置误差；

ε_gx0、ε_gy0和ε_gz0是陀螺仪常值漂移初值；和是加速度计常值偏移初值；μ_x0、μ_y0和μ_z0是主子惯导间安装误差初值；

w_gx、w_gy和w_gz是陀螺仪随机噪声；w_ax、w_ay和w_az是加速度计随机噪声；

σ_ax、σ_ay和σ_az是姿态观测噪声标准差；σ_vx、σ_vy和σ_vz是速度观测噪声标准差；

σ_sx、σ_sy和σ_sz是位置观测噪声标准差；

根据稀疏网格求积分准则给定一组积分点集(ξ_j，ε_j)其中j＝1,2,…N_p，N_p表示积分点集的个数；

其中Np＝2n²+2n+1,n为状态变量维数；

给定满足γ>1和ε>0的鲁棒滤波参数；具体为：第一组γ₁＝500，ε₁＝0.05：

第二组γ₁＝100，ε₁＝0.01：

步骤4)利用鲁棒稀疏网格求积分滤波经过初始采样、时间更新、重采样、量测更新和鲁棒更新过程对临近空间飞行器传递对准系统状态进行估计，并对子惯导系统进行误差修正，判断k+1是否大于等于步长L，如果是，状态估计结束，完成传递对准过程，否则返回初始采样过程进行下一次估计。