專利名稱：一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多目標多傳感器信息融合方法，特別是一種基于凸優(yōu)化算法的多目標 多傳感器信息融合方法，適用于航空導航技術領域，可應用于航空器多傳感器導航，也可 適用于空基、?；鶎Ш蕉ㄎ弧?br> 技術背景隨著國民經濟的發(fā)展，導航定位技術巳日益成為交通管制、救災救護、物流管理、土 地普査、勘測等領域不可或缺的技術手段；軍事領域武器發(fā)射平臺效率的實現(xiàn)、火力武器 的精確打擊都依賴于高精度、高可靠的導航手段。目前現(xiàn)有的導航手段較多，但任何一種 導航手段都無法單獨達到要求，結合多種技術手段充分發(fā)揮其優(yōu)勢，避免劣勢的組合導航 技術是當前導航技術發(fā)展的主流方向。如何將多傳感器信息有效融合既實現(xiàn)系統(tǒng)的高精度 又要保證高可靠性是當前研究的難點。目前航空導航技術領域用于組合的導航手段比較豐富，主要有慣性導航、衛(wèi)星導航、 天文導航、地磁導航、大氣數(shù)據系統(tǒng)等。慣性導航是一種全球全天候的導航手段，由于其 實現(xiàn)原理使得他們隱蔽性強不易被干擾，在軍事應用領域尤其重要，但是它的誤差會隨時 間累積。大氣數(shù)據系統(tǒng)和磁傳感姿態(tài)系統(tǒng)可以提供的精度不發(fā)散的速度、姿態(tài)觀測量，它 們與慣性導航組合可以構成高自主、高可靠、高隱蔽、精度穩(wěn)定的導航方式。但這種組合 定位、測速精度相對較低，而衛(wèi)星導航系統(tǒng)也是一種全球全天候的導航系統(tǒng)，它具有較高 的精度但自主性較差容易受人為的影響，如果在GPS信號可用時引入GPS信息進行濾波必 然可以大幅提高組合導航系統(tǒng)的精度。將多種導航手段結合構成組合導航系統(tǒng)是解決現(xiàn)有 單一導航手段不足的有效方法?，F(xiàn)有的組合導航研究大都集中在慣性/GPS組合導航kalman 濾波設計中，通過Kahnan濾波器對導航誤差進行估計，但是由于模型和噪聲的不確定性使 得Kalman濾波效果較差，雖然有EKF、 UKF等改進方法但仍然受制于假設條件太強使得 實際應用情況不理想。GPS信號不穩(wěn)定，容易受到干擾而且在大氣層某些高度上GPS信號 是接收不到的，在GPS信號出現(xiàn)壞點的情況下Kalman濾波表現(xiàn)不佳。粒子濾波可以解決 非線性、非高斯情況下的濾波問題且對于觀測值中的壞點容忍性較強，但它仍然需要噪聲 的先驗知識，這在實際工程應用中也是比較難以獲得的，而且其計算量太大，實時性不能 保證。發(fā)明內容本發(fā)明的技術解決問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提出一種基于凸優(yōu)化算法的多目標 多傳感器信息融合方法，解決導航系統(tǒng)冗余信息的融合，在模型不確定、噪聲非高斯且統(tǒng) 計特性未知的情況下改善導航精度的同時提高系統(tǒng)的可靠性，降低工程實施難度。本發(fā)明的技術解決方案為 一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，步 驟如下(1) 將地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程中參數(shù)的變化作為系統(tǒng)的不確定性，并使用不 確定系統(tǒng)的多胞模型來描述地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程；(2) 以大氣數(shù)據計算機、三軸磁強計輸出的速度、姿態(tài)數(shù)據和捷聯(lián)慣導輸出速度、姿態(tài) 數(shù)據的差值作為觀測量建立內系統(tǒng)的量測方程；以GPS系統(tǒng)輸出的位置、速度數(shù)據和捷聯(lián)慣 導位置、速度數(shù)據的差值為觀測量建立外系統(tǒng)的量測方程；(3) 對內系統(tǒng)量測，采用內系統(tǒng)的魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器將不穩(wěn)定的捷聯(lián)慣導誤差狀 態(tài)方程鎮(zhèn)定；(4) 對外系統(tǒng)量測，采用魯棒//2//^/保性能濾波器，使得從干擾到導航誤差滿足所要 求的i^/i^/保性能要求；(5) 將地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程、內外系統(tǒng)量測方程、內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器、外系統(tǒng) 魯棒多目標濾波器聯(lián)立構成閉環(huán)系統(tǒng)；同時為平衡對不同噪聲輸入通道進入的噪聲的抑制 效果，對噪聲輸入矩陣做加權處理；(6) 利用凸優(yōu)化算法求解內系統(tǒng)魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)魯棒混合/^/i/。/保性能濾波器。本發(fā)明的原理是首先，根據捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程時變性主要來源于載體比力變化 且是線性依賴的特征，給定載體比力變化域頂點將捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程轉化為不確定系 統(tǒng)的多胞型描述；其次，將捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程、內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)濾波器聯(lián)立構 成閉環(huán)系統(tǒng)，由精度要求提出〃2//^/保性能等各項性能指標的可調輸出，同時對噪聲輸入通道做加權處理，根據魯棒控制理論/^/i^/保性能優(yōu)化控制和混合多目標控制方法，基于 線性矩陣不等式將組合導航系統(tǒng)的多目標信息融合問題轉化為凸優(yōu)化問題；最后，利用 Matlab線性矩陣不等式工具箱LMI Toolbox求解該凸優(yōu)化問題，并通過一系列代數(shù)變換從凸優(yōu)化問題可行解中解出組合導航系統(tǒng)內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)多目標濾波器。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于(1)本發(fā)明利用完全自主的大氣數(shù)據系統(tǒng)和磁傳感姿態(tài)系統(tǒng)輸出的速度、姿態(tài)信息阻尼慣性導航系統(tǒng)構成內系統(tǒng)，獲得一定精度的高可靠、高隱蔽性、精度穩(wěn)定的導航方案; 同時利用高精度的衛(wèi)星導航定位信息對內系統(tǒng)濾波構成外系統(tǒng)，以獲取更高精度的導航數(shù) 據。內系統(tǒng)的魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)魯棒混合^2/;^。。/保性能濾波器通過凸優(yōu)化技術對綜合性能指標尋優(yōu)求取最優(yōu)解，這樣在衛(wèi)星導航可用時通過濾波可以獲得高精度 的導航數(shù)據，在衛(wèi)星導航不可用時由于大氣數(shù)據系統(tǒng)和磁傳感姿態(tài)系統(tǒng)對捷聯(lián)慣導系統(tǒng)的 阻尼，內系統(tǒng)仍然可以穩(wěn)定可靠工作。(2) 基于凸優(yōu)化算法得到了對捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程魯棒的內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng) /^/i/①/保性能多目標濾波器，克服了 Kalman濾波和粒子濾波方法遞推過程運算量大的缺 點。(3) 通過基于凸優(yōu)化的多目標設計方法保證了系統(tǒng)的混合性能指標要求，克服了 Kalman濾波、粒子濾波等單一性能指標濾波方法的不足，提高了系統(tǒng)的可靠性。(4) 克服了 Kalman濾波和粒子濾波對噪聲統(tǒng)計特性要求較高的問題，避免了在模型 不確定、噪聲非高斯、噪聲統(tǒng)計特性難以獲得情況下Kalman濾波和粒子濾波出現(xiàn)的精度惡 化，提高系統(tǒng)的可靠性。(5) 通過內系統(tǒng)和外系統(tǒng)的實現(xiàn)，利用了冗余的機載導航設備，達到了整體系統(tǒng)高可 靠性、高精度的要求，避免了在GPS信號不可用時慣性/GPS組合導航系統(tǒng)無法正常工作的 問題。


圖1為本發(fā)明的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器組合導航方法的設計流程圖。
具體實施方式
.如圖1所示，本發(fā)明具體實現(xiàn)步驟如下1.將地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程中參數(shù)的變化作為系統(tǒng)的不確定性，并使用不 確定系統(tǒng)的多胞模型來描述地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程。 其中建立捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程的多胞型描述如下-(l)離散化地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 8</formula>為捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程的狀態(tài)向量，w =^《^^e^^。g ^^MC^^]為地球坐標系組合導航系統(tǒng)噪聲向量。^^-[^c^y^zf為捷聯(lián)慣導地球坐標系位置計算誤差，單位w; c^-[^; 5Kv 3FJ為7" 4捷聯(lián)慣導地球坐標系速度計算誤差，單位W〃； S = [^ ^ ^]t為捷聯(lián)慣導地球坐標系姿態(tài)誤差角，單位rad。
5/e=^// 5/; ^/7]t為捷聯(lián)慣導地球坐標系加速度計加速度量測噪聲，單位m/ ; ^《=[^5^^ J必;^y^f為捷聯(lián)慣導地球坐標系陀螺角速率量測噪聲， 單位rad/s。 ^ ^=1^^^ 5&ra/為GPS接收機地球坐標系位置量測噪聲，單位m， ^^m-[^^m ^v^s 3vewf為GPS接收機地球坐標系速度量測噪聲，單位<formula>formula see original document page 9</formula>為大氣數(shù)據計算機地球坐標系速度量測噪聲，單位<formula>formula see original document page 9</formula>為磁傳感姿態(tài)系統(tǒng)地球坐標系姿態(tài)量測噪聲，單 位raJ。 r為離散化周期，單位s。(《為地球坐標系地球自轉角速度的反對稱矩陣，《 為地球自轉角速度。i^為地球坐標系比力向量反對稱矩陣，Z-[Xe/ ]為捷聯(lián)慣導地球坐標系位置向量，^M為地球萬有引力常數(shù)與地球質量乘積，^ = ^/ ^7^7。地球坐標 系是指固連在地球上的坐標系，原點在地球中心，它相對慣性坐標系以地球自轉角速率旋 轉，Z軸沿地軸指向北極，X軸在赤道平面內指向格林威治子午線，Y軸在赤道平面內指向 東經90度的方向(2〕地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程的多胞型描述的建立矩陣^、 S中變化項包括iT和/^，其中A^變化十分緩慢，近似可以看作常數(shù)，則將 誤差狀態(tài)方程表示成多胞型主要就是將Fe即地球坐標系載體比力量測值反對稱矩陣用一 個凸多邊形表示。直接在地球坐標系描述i^不方便，所以首先在當?shù)厮阶鴺讼祵⒈攘?7 的變化域用一個凸多面體代表，取該凸多面體的頂點,(z'-l,2，…)并利用公式 /e-i /'/、i /為地理坐標系到地球坐標系坐標變換矩陣)將"(z'-l，2，…)變換到地球坐 標系中得到地球坐標系載體比力變化域頂點丌(z'-l，2,…)，將"0'-l，2,…)的反對稱矩陣 巧e代入慣性導航誤差狀態(tài)方程即得到多胞型描述誤差傳播方程的頂點Q,蘭^,53。以 A會(4，5,.)為頂點的多胞型Q蘭(45)sY為捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程的多胞型 描述。建立地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程的多胞型描述。首先，根據大氣數(shù)據系統(tǒng)、磁 傳感姿態(tài)系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)的數(shù)據輸出頻率確定組合周期r，一般為1秒。將初始位置代入A^， 將地球自轉角速度6^代入Q:。其次，確定地球坐標系載體比力變化域頂點。假設地理坐標系水平方向機動加速度變 化范圍均為土a^，高度方向加速度變化范圍為g土fly(g為重力加速度)，則地理坐標系加 速度計比力變化域頂點集為<formula>formula see original document page 9</formula>由初始位置丄、A (Z和義代表地理緯度和經度)求初始點地理坐標系到地球坐標系坐 標變換矩陣<formula>formula see original document page 10</formula>將Q,每列分別左乘i /，所得8列向量為地球坐標系加速度計比力變化域8個頂點。將地球坐標系比力變化域頂點代入矩陣A B中得到地球坐標系捷聯(lián)慣性導航誤差狀態(tài)方 程多胞型描述的頂點0,.蘭(4,^)(/ = 1,2,-，8)，地球坐標系捷聯(lián)慣性導航誤差狀態(tài)方程多胞型描述的頂點集為^-(Qpf^,…，Q^。2 .以大氣數(shù)據計算機、三軸磁強計輸出的速度、姿態(tài)數(shù)據和捷聯(lián)慣導輸出速度、姿態(tài) 數(shù)據的差值作為觀測量建立內系統(tǒng)的量測方程；以GPS系統(tǒng)輸出的位置、速度數(shù)據和捷聯(lián)慣 導位置、速度數(shù)據的差值為觀測量建立外系統(tǒng)的量測方程。以大氣數(shù)據計算機、三軸磁強計輸出的速度、姿態(tài)數(shù)據和捷聯(lián)慣導輸出速度、姿態(tài)數(shù) 據的差值作為觀測量建立內系統(tǒng)的量測方程為<formula>formula see original document page 10</formula>以GPS系統(tǒng)輸出的位置、速度數(shù)據和捷聯(lián)慣導位置、速度數(shù)據的差值為觀測量建立外系統(tǒng)的量測方程為<formula>formula see original document page 10</formula>3 .對內系統(tǒng)量測，采用內系統(tǒng)的魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器將不穩(wěn)定的捷聯(lián)慣導誤差狀 態(tài)方程鎮(zhèn)定，為保證系統(tǒng)整體性能，鎮(zhèn)定器與下面所述濾波器一起使用凸優(yōu)化方法同時求 取。4.對外系統(tǒng)量測，采用魯棒//2/;^。。/保性能濾波器，使得從干擾到導航誤差滿足所要求的A/7^/保性能要求。魯棒/^2//^/保性能濾波器為<formula>formula see original document page 10</formula>
5 .內外系統(tǒng)量測方程、內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器、外系統(tǒng)魯棒多目標濾波器聯(lián)立構成斑環(huán)系統(tǒng); 同時為平衡對不同噪聲輸入通道進入的噪聲的抑制效果，對噪聲輸入矩陣做加權處理。 (1)閉環(huán)系統(tǒng)為-<formula>formula see original document page 5</formula>(2)噪聲輸入通道加權矩陣的確定 噪聲統(tǒng)計特性很難獲取但噪聲強度卻比較容易估計。對捷聯(lián)慣導進行靜態(tài)測試，采集 一組加速度計和陀螺數(shù)據并計算其均方差記為五^和五^。；對大氣數(shù)據系統(tǒng)進行靜態(tài)測試，采集一組速度數(shù)據并計算其均方差記為五^^;對磁傳感姿態(tài)系統(tǒng)進行靜態(tài)測試，采集一組姿態(tài)數(shù)據并計算其均方差記為五。；對GPS系統(tǒng)進行靜態(tài)測試，采集一組位置、速度數(shù)據并計算其均方差記為五P 、五，。噪聲輸入通道加權矩陣尸OW為15維對角矩陣，主對角線元素分別為五^、 ￡^、五。a、五、五、五、五、五、五 、￡、￡、五、五￡ 、五 。五、五、五化/W vGW
6 .利用凸優(yōu)化算法求解內系統(tǒng)魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)魯棒混合/^/i/①/保性能濾波器。0) H2、 H。和保性能可調輸出矩陣的選取閉環(huán)系統(tǒng)的//2、 ^^和保性能可調輸出矩陣Z^、丄 、、均為對角矩陣，為簡單起見取4-A^A。主對角線元素分別'為《、《、《、《、《、《、《、《、(2)綜合性能加權參數(shù)A、 "2、 "3的選取^為1; "2取值在1-10之間；給定a" a2, a3在不顯著增加系統(tǒng)的/^和f^性能上<formula>formula see original document page 5</formula>界的情況下盡量取大。(3)多目標多傳感器組合導航方法存在的LMI條件給定導航誤差初始值x(0)的協(xié)方差矩陣的近似值為COF^，多胞型頂點集G,噪聲通道加權矩陣，可調輸出矩陣，綜合性能加權參數(shù)，使用matlab里LMI工具箱中的mincx函 數(shù)解以下LMIs優(yōu)化問題<formula>formula see original document page 5</formula>A, ^， d,為一組lmi矩陣變量，y為lmi標量。(4) 魯棒靜態(tài)輸出反饋和濾波器求解-a. 由Cholesky分解求JT，其中^\^=尸22b. 由Cholesky分解求Q,， [Q,義一(義)—r][Q,X-(義)—r]r-尸22—G—'『G—7c. 將2u代入式4Q,—、&，得到巧2d. 由lu分解求g,2、 e'2，其中c 12.e1r2=^2-g.21 ;—/-k.g-re. = Wg.(5) 系統(tǒng)性能的改進為進一步改進性能，需要對尸ow和綜合性能加權參數(shù)A、 a2、 ^以及可調輸出矩陣進行細調并通過實驗確定一組合適的值。a. 對尸ow和可調輸出矩陣的調整。首先在O.l到10倍范圍內調整尸ow主對角線前三 個元素使得其盡量大的同時又未造成綜合性能指標明顯升高，其次按相同方法調節(jié)尸ow主 對角線第4、 5、 6三個元素和第7、 8、 9三個元素。在經過上述調節(jié)的基礎上，提高位置 估計精度可以通過增大尸ow主對角線第13、 14、 15元素或減小可調輸出矩陣主對角線前三 個元素實現(xiàn)；提離速度估計精度可以通過增大Pow主對角線后三個元素或減小可調輸出矩 陣主對角線第4、 5、 6三個元素實現(xiàn)；提高姿態(tài)估計精度可以通過增大尸ow主對角線第10、 11、 12三個元素或減小可調輸出矩陣主對角線后三個元素實現(xiàn)。b. 對綜合性能加權參數(shù)a,、 "2、 A的調整。原則為固定a,，改變《2、 c^對a,的比例，通過實驗確定一組合適的綜合性能加權參數(shù)。本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。
權利要求
1、一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特征在于包括以下步驟(1)將地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程中參數(shù)的變化作為系統(tǒng)的不確定性，并使用不確定系統(tǒng)的多胞模型來描述地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程；(2)以大氣數(shù)據計算機、三軸磁強計輸出的速度、姿態(tài)數(shù)據和捷聯(lián)慣導輸出速度、姿態(tài)數(shù)據的差值作為觀測量建立內系統(tǒng)的量測方程；以GPS系統(tǒng)輸出的位置、速度數(shù)據和捷聯(lián)慣導位置、速度數(shù)據的差值為觀測量建立外系統(tǒng)的量測方程；(3)對內系統(tǒng)量測，采用內系統(tǒng)的魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器將不穩(wěn)定的捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程鎮(zhèn)定；(4)對外系統(tǒng)量測，采用魯棒H2/H∞/保性能濾波器，使得從干擾到導航誤差滿足所要求的H2/H∞/保性能要求；(5)將地球坐標系捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程、內外系統(tǒng)量測方程、內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器、外系統(tǒng)混合多目標濾波器聯(lián)立構成閉環(huán)系統(tǒng)；同時為平衡對不同噪聲輸入通道進入的噪聲的抑制效果，對噪聲輸入矩陣做加權處理；(6)利用凸優(yōu)化算法求解內系統(tǒng)魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)魯棒混合H2/H∞/保性能濾波器。
2、 根據權利要求l所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特 征在于所述步驟(l)中的捷聯(lián)慣導地球坐標系誤差狀態(tài)方程的多胞型描述方法為捷聯(lián)慣 導誤差狀態(tài)方程的多胞型描述主要是將時變的捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程中參數(shù)的變化看作系 統(tǒng)的不確定性，將時變的捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程看作不確定系統(tǒng)，并使用魯棒控制中常采 用的多胞模型來描述；其中主要是確定載體加速度變化域，取其頂點并將其代入捷聯(lián)慣導 誤差狀態(tài)方程得到多胞型描述的捷聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程的頂點，進而得到多胞型描述的捷 聯(lián)慣導誤差狀態(tài)方程。
3、 根據權利要求l所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特 征在于所述步驟(2)中的內系統(tǒng)量測方程建立如下內系統(tǒng)量測^以大氣數(shù)據計算機、三軸磁強計的速度、姿態(tài)數(shù)據和捷聯(lián)慣導速度、姿 態(tài)數(shù)據的差值作為量測值，量測方程為0/0 0 0/+/ 0 0 /如脫=C, ;c + Z)，, . w， = C.；c + D,' w'
4、根據權利要求l所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特 征在于所述步驟(2)中外系統(tǒng)量測方程的建立如下外系統(tǒng)量測h以GPS系統(tǒng)輸出的位置、速度數(shù)據和捷聯(lián)慣導位置、速度數(shù)據的差值為 量測值，量測方程為陽/00+700/00/=(7，.叉+ ￡>2.w， =C， .x +A
5、 根據權利要求l所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特征在于所述步驟(3)中的魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器設計如下設計靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器 將原系統(tǒng)鎮(zhèn)定i:: a;(A: + 1)-J';c(A) +萬傳)+ ^" 州 在此只確定鎮(zhèn)定器形式，為保證系統(tǒng)整體性能，鎮(zhèn)定器與下面所述濾波器一起使用凸 優(yōu)化方法同時求取。
6、 根據權利要求l所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特征在于所述步驟(4)中的魯棒i^/Z^/保性能濾波器的設計如下使得:vv盡可能逼近導航誤差x。
7、 根據權利要求i所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特征在于所述步驟(5)中的閉環(huán)系統(tǒng)的聯(lián)立以及對噪聲輸入矩陣的加權處理方法如下 (1)閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)方程將地球坐標系捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)誤差狀態(tài)方程、內外系統(tǒng)量測方程、內系統(tǒng)鎮(zhèn)定器、 外系統(tǒng)多目標濾波器聯(lián)立構成閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)方程v(/t + l)i/.c; 0難)+婦)(2)閉環(huán)系統(tǒng)//2//^/保性能可調輸出為提高濾波器對捷聯(lián)慣導導航誤差的估計，將濾波器輸出與捷聯(lián)慣導導航誤差之差作 為閉環(huán)系統(tǒng)輸出，并協(xié)調i^/i^/保性能各項性能指標對濾波精度的不同要求，確定可調輸 出矩陣，得閉環(huán)系統(tǒng)的i/,/ZC/保性能可調輸出<formula>formula see original document page 4</formula>其中Z。、 、22分別為/^、保性能和/^性能的可調輸出，保性能和//2性能可調輸出矩陣； (3)噪聲輸入通道加權處理閉環(huán)系統(tǒng)狀態(tài)方程和閉環(huán)系統(tǒng)可調輸出構成閉環(huán)系統(tǒng)<formula>formula see original document page 4</formula>為平衡對不同噪聲輸入通道進入的噪聲的抑制效果，需預先對噪聲輸入矩陣做加權處理，即5-S-尸ow， Z),二iV尸ow， D2 = A 尸cw,尸cw為系統(tǒng)噪聲輸入通道重要性加權矩陣，根據對各通道噪聲的干擾抑制需要確定各輸入通道的重要性加權系數(shù)；尸OW為對角陣，對角線相應元素為相應噪聲輸入通道的重要性加權系數(shù)。
8、根據權利要求l所述的一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，其特征在于所述步驟(6)中的利用凸優(yōu)化算法求解組合導航系統(tǒng)多目標多傳感器信息融合方 法的內系統(tǒng)魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)魯棒混合//2///。。/保性能濾波器為將問題用一組線性矩陣不等式LMI表示，并編制相應程序使用Matlab的線性矩陣不等式工具箱LMI Toolbox中l(wèi)mivar、 hniteiro、 mincx函數(shù)求解，最后通過代數(shù)變換將所得LMI決策變量轉化為 內系統(tǒng)魯棒靜態(tài)輸出反饋鎮(zhèn)定器和外系統(tǒng)的魯棒混合//， / W。。 /保性能濾波器。
全文摘要
一種基于凸優(yōu)化算法的多目標多傳感器信息融合方法，涉及一種捷聯(lián)慣性/GPS/大氣數(shù)據計算機/三軸磁強計組合導航系統(tǒng)信息融合方法，該方法首先使用大氣數(shù)據計算機、三軸磁強計的速度、姿態(tài)數(shù)據將慣性導航系統(tǒng)鎮(zhèn)定，構成高可靠、高自主性的捷聯(lián)慣性/大氣數(shù)據計算機/三軸磁強計組合導航內系統(tǒng)；其次根據現(xiàn)代控制理論最優(yōu)控制思想，使用凸優(yōu)化算法設計魯棒多目標濾波器融合高精度的GPS位置、速度量測信息，構成外系統(tǒng)對內系統(tǒng)進行混合H₂/H_∞/保性能多目標濾波來提高整體系統(tǒng)的導航精度。充分發(fā)揮傳統(tǒng)導航手段的高可靠性、可用性和衛(wèi)星導航的高精度，最終實現(xiàn)基于多傳感器的高可靠、高精度組合導航技術。
文檔編號G01C21/20GK101246011SQ20081010124
公開日2008年8月20日 申請日期2008年3月3日 優(yōu)先權日2008年3月3日
發(fā)明者房建成, 王利學, 雷 郭 申請人:北京航空航天大學