[发明专利]基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法

摘要

本发明公开了基于交互式多模型滤波的船体变形角估计方法，首先建立船体变形角估计的基本模型，再建立交互模型；通过在船艏、船尾各布置一套捷联式惯导系统，测定船体运动信息；利用基于交互模型的滤波器处理船体运动信息，估计得到船体变形角。本发明方法，通过建立多个交互模型涵盖变形角动态变化范围，适用于动态环境中模型参数不确定条件下船体变形角的估计。

主权项

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X·(β)=X·=FX+GwZ=HX+v]]>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,Rv)，Rv为v的方差；其中，F和G分别为：F=F2×2′F2×3′C2×2′O2×3O2×3O2×3O2×3Ω3×2′Ω3×3′O3×2C3×3′′O3×3O3×3O3×3O2×2O2×3O2×2O2×3O2×3O2×3O2×3O3×2O3×3O3×2O3×3O3×3O3×3O3×3O3×2O3×3O3×2O3×3O3×3O3×3O3×3O3×2O3×3O3×2O3×3O3×3O3×3I3×3O3×2O3×3O3×2O3×3O3×3β3×3′β3×3′′,G=C2×2′O2×3O2×3O3×2C3×3′′O3×3O2×2O2×3O2×3O3×2O3×3O3×3O3×2O3×3O3×3O3×2O3×3O3×3O3×2O3×3I3×3]]>其中，I表示单位阵；其中，Vx，Vy分别表示主惯导东向、北向速度，ωie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，fx，fy，fz分别表示沿东北天方向的比力，β＝[βx βy βz]，且βx，βy，βz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,...,βn得到；其中，式中，β1,β2,...,βn为挠曲变形参数向量；c1,c2,...,cn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：X^^k-1|k-1(j)=Σi=1rX^k-1|k-1(i)μk-1|k-1(i,j)]]>P^k-1|k-1(j)=Σi=1rμk-1|k-1(i,j){Pk-1|k-1(i)+[X^k-1|k-1(i)-X^^k-1|k-1(j)][X^k-1|k-1(i)-X^^k-1|k-1(j)]T}]]>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；pij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:X^k|k=Σj=1rX^k|k(j)μk(j)]]>总的协方差估计Pk|k计算表达式为：Pk|k=Σj=1rμk(j){Pk|k(j)+[X^k|k(j)-X^k|k]·[X^k|k(j)-X^k|k]T}]]>其中，为k时刻第j个交互模型的概率。