[发明专利]基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法

权利要求书

1.基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在船艏、船艉分别安装一套捷联惯导系统，即主惯导与子惯导，对两套惯导建立考虑挠曲变形的基本滤波模型；

所述基本滤波模型的系统状态向量为

式中，δV表示主惯导与子惯导系统速度误差，表示主惯导与子惯导系统姿态误差，▽和ε分别表示加速度计零偏和陀螺漂移，ξ表示主惯导与子惯导之间的安装误差角，θ表示挠曲变形角，表示挠曲变形角速率；

所述基本滤波模型的表达式为

式中，w为系统噪声矩阵，w～N(0,Q)，Q为w的方差；v为量测方差矩阵，v～N(0,R_v)，R_v为v的方差；其中，F和G分别为：

其中，

I表示单位阵；

其中，V_x，V_y分别表示主惯导东向、北向速度，ω_ie表示地球自转角速率，表示当地纬度，R表示地球半径，表示子惯导姿态矩阵，上标n表示导航坐标系，下标s子惯导载体坐标系，f_x，f_y，f_z分别表示沿东北天方向的比力，β＝[β_x β_y β_z]，且β_x，β_y，β_z分别表示东北天方向的挠曲变形参数；

步骤二：按照挠曲变形参数的不确定性，利用基本滤波模型构建交互模型；

所述的交互模型为：其中，分别由将中的β替代为β₁,β₂,...,β_n得到；其中，

式中，β₁,β₂,...,β_n为挠曲变形参数向量；c₁,c₂,...,c_n为交互模型常值参数；n为所设置交互模型个数；

步骤三：主惯导与子惯导系统完成初始对准并进行惯导解算，实时采集两套惯导系输出的惯性器件测量数据、导航解算数据；对交互模型滤波器进行初始化；

步骤四：进行交互模型滤波器的解算，得到船体变形角估计结果；

交互模型滤波器的解算包括

(1)输入交互：

输入交互的表达式为：

其中：为第j个交互模型滤波器的输入，用于k时刻解算；为第i个交互模型滤波器在k-1时刻的状态估计值；为第j个交互模型滤波器的协方差输入，用于k时刻解算；为第i个交互模型滤波器在k-1时刻的协方差；j＝1,2,…,n；i＝1,2,…,n；为k-1时刻第i个交互模型滤波器估计结果到k时刻第j个交互模型滤波器输入的转移概率；其中为第j个交互模型预测概率，为k-1时刻第i个模型的概率；p_ij为概率转移矩阵P的元素，n为所设置交互模型个数；

(2)各个交互模型滤波器进行滤波解算，再经交互输出，得到总的估计结果；且保存各个交互模型滤波器的滤波解算结果，用于下一时刻输入交互；

所述交互输出中总的状态估计计算表达式为:

总的协方差估计P_k|k计算表达式为：

其中，为k时刻第j个交互模型的概率。

2.如权利要求1所述的基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法，其特征在于，采用速度加角速率匹配模式；

量测量即为

Z＝[δV_x δV_y δω_x δω_y δω_z]^T

式中，δV_x，δV_y表示主惯导与子惯导速度差，δω_x,δω_y,δω_z表示主惯导与子惯导角速度差；

量测矩阵H为：

其中

ω_1x、ω_1y、ω_1z分别表示主惯导在东北天方向方向输出的角速度。