[发明专利]具有丢包现象的多速率传感器分级融合装置及方法

权利要求书

1.一种具有丢包现象的多速率传感器分级融合方法，具有丢包现象的多速率传感器分级融合装置包括1～N个子系统和中心融合单元，每个子系统由检测单元、滤波器、切换单元和转换控制器组成，所述检测单元由1～N个不同采样速率的传感器组成，其特征是：

(1)一个子系统的检测单元，基于系统的运动方程，得到不同速率下的传感器观测值，具体包括：系统的运动方程为：

其中ψ为艏向角，θ为纵倾角，为横倾角，u、v、w为轴向速度，p、r、q为姿态角速度，ξ，η，ζ表示转化为固定坐标系下的坐标基底，

离散化系统方程：

x(k)＝f(x(k-1))+w(k-1) (2)

其中，状态变量系统过程噪声w(k-1)是高斯白噪声，

观测方程为：

y_i(k)＝h_i(x(k))+v_i(k),k≥0, (3)

其中，观测向量y_i(t)，h_i＝I_6×6，测量噪声v_i(t)是高斯白噪声序列，

接收方程为：

z_i(k)＝zy_i(k)+(1-z)z_i(k-1),k≥0, (4)

其中z_i(k)表示k时刻第i个子系统实际接收到的观测值，z为的常数、由传感器的丢包发生概率ζ决定，当丢包发生时采用k-1时刻接收值作为该时刻的接收测量值；

(2)该子系统的滤波器基于步骤(1)的观测值，使用扩展卡尔曼滤波方法，对观测值进行滤波；

(3)该子系统的转换控制器，根据检测的丢包步数和滤波误差，来判断是否剔除当前时刻该子系统的滤波值，决定是否发送该子系统数值到达融合中心；

(4)中心融合单元，基于步骤(3)选择出来的满足条件的子系统进入融合中心，进行进一步的融合。

2.根据权利要求1所述的具有丢包现象的多速率传感器分级融合方法，其特征是所述决定是否发送该子系统数值到达融合中心包括：

对于丢包现象，用Θ表示该子系统是否满足条件：

其中τ表示连续丢包时长，当连续丢包超过三个采样周期时，自动切换该子系统使其不能参与下一级融合，当连续丢包时长小于三采样周期时，满足融合要求，控制器允许其参与下一级的融合；

对于滤波发散现象，用滤波新息表示子系统故障检测函数ρ：

ρ(k)＝ε^T(k)β^-1(k)ε(k)

其中ε(k)表示的是滤波新息，新息协方差为β(k)，ρ(k)是服从自由度为m的χ²分布，m为测量值Y(k)的维数；故障判断准则为：若ρ(k)＞T_D判断子系统由故障，若ρ(k)≤T_D判定无故障，其中T_D为故障检测阈值。

3.根据权利要求2所述的具有丢包现象的多速率传感器分级融合方法，其特征是：融合方法采用自适应加权融合，设各个传感器子系统的参数估计值为x₁,x₂......x_n-1,x_n方差为σ₁²,σ₂²......σ_n-1²,σ_n²，各个传感器的权值为w₁,w₂......w_n-1,w_n，则系统融合后的值为且同时融合之后的状态方差最小，即σ²≤σ₁²,σ₂²......σ_n-1²,σ_n².最终得到线性最小方差下的状态融合值。