[发明专利]基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法

说明书

本发明公开一种基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法，适用于卫星通信中的共轴式双旋翼直升机旋翼遮挡天线环境。该方法步骤如下：通过卫星通信系统检测4个连续缝隙时间来确定初始旋翼遮挡状态；进入循环体迭代预测：用上一个旋翼遮挡状态通过状态方程预测下一个旋翼遮挡状态，判断预测的旋翼遮挡状态中缝隙时间是否在周期范围内，修正超出范围的缝隙时间，输出旋翼遮挡状态。该状态一方面用于指导返向链路信号的突发传输，另一方面会结合实际检测到的缝隙时间和卡尔曼增益进行校正，用于下次预测。该预测方法直接预测缝隙时间，利用卡尔曼增益和观测值不断修正预测值，保证滤波稳定、收敛性好，做到精确旋翼跟踪与预测。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法。

背景技术

卡尔曼滤波是一种高效率的递归滤波器，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计，由于观测数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程。

在连续变化的系统中使用卡尔曼滤波，仅利用前一时刻的状态量和当前时刻的观测值来更新状态变量的估计，不需要保留其它历史数据，故占用非常小的内存。利用卫星通信系统检测的缝隙时间不断修正预测值，同时也修正环境中的噪声统计参数，估计的协方差矩阵会随着递推步数的增加趋于收敛，进而精确跟踪和预测旋翼变化。

共轴式双旋翼直升机，上下两个旋翼相向旋转，形成直升机水平方向的力矩平衡，故不需要尾桨来平衡此方向上的力矩，使直升机更加机动灵活，但是也正因为两个旋翼相向运动，产生两个旋翼遮挡的叠加效果，增加了直升机卫星通信的复杂度。

发明内容

本发明的目的是为了解决共轴式双旋翼直升机卫星通信中旋翼遮挡影响信号传输的问题，提供一种基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法，通过预测共轴式双旋翼直升机旋翼遮挡天线的缝隙时间来指导返向链路信号的突发传输，提高直升机卫星通信返向通信链路传输质量。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法，直升机为共轴式双旋翼直升机，包括上下两个旋翼，每个旋翼对应一个旋翼遮挡状态，所述的预测方法包括下列步骤：

S1、双旋翼直升机旋翼遮挡状态的初始化。通过卫星通信系统检测4个连续缝隙时间来确定上下两个旋翼当前的旋翼遮挡状态。比较4个连续缝隙时间中相邻两个数相加的结果，最小值为较快旋翼周期时间。相邻的旋翼遮挡状态一般情况下分别由上下两个旋翼遮挡；特殊情况下，较快旋翼可能超过较慢旋翼一周或者较快旋翼和较慢旋翼同时遮挡，这是同遮挡旋翼下旋翼遮挡状态中缝隙时间周期性变化的原因，这时标记较慢旋翼周期性变化的起点；

S2、利用上一个旋翼遮挡状态通过状态方程X_k＝FX′_k-2预测下一个同遮挡旋翼的旋翼遮挡状态，其中，X_k′_-2为上一个同遮挡旋翼下的旋翼遮挡状态，状态转移矩阵F为预定义参数，X_k为预测的旋翼遮挡状态；

S3、判断是否存在较快或较慢旋翼遮挡状态周期变化起点标记及步骤S2预测的旋翼遮挡状态中缝隙时间是否在较快旋翼周期时间内，若旋翼遮挡状态超出范围则对旋翼遮挡状态进行修正，并设置起始标记，输出旋翼遮挡状态，并利用该状态中的缝隙时间指导返向链路信号的突发传输，控制突发时间长度；