[发明专利]基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及船舶船体变形领域，设计了一种基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法。

背景技术

随着科学技术的进步，现代船舶和船载设备都在朝着高精度、高自动化的方向快速发展，现代船舶都会安装有各种导航设备和攻防设备，包括各种雷达、光学观瞄设备、跟踪测量设备、导弹发射架等。为保证设备的正常运行，需要建立一个统一的空间姿态基准。但是，船舶并不是一个绝对刚体，在海上航行时，由于船体变形角，空间姿态基准的精度受到严重制约。因此精确估计船体变形角对于船舶以及船载设备都有着重要意义，具有广阔的应用前景。

估计船体变形角时，对于变形角模型的建立提出了较高要求，但由于在实际航行中，变形角模型参数的不确定最终会影响估计精度。因此在模型不确定的情况下，精确估计船体变形角是值得深入研究的课题。针对结构和参数不确定或者变化，多模型估计是一种非常有效的自适应估计方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在变形角参数不确定的情况下仍能准确估计船体变形角的基于交互式多模型滤波估计船体变形的惯性测量方法。

本发明的目的是这样实现的，一种基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法，包括如下步骤：

步骤一：在船艏、船艉分别安装一套船体导航装置，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。

滤波模型为

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，

其中，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。

(1)首先，输入交互：

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；

所述交互输出的表达式为

总的状态估计计算: