[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

说明书

本发明涉及的是一种具有丢包现象的多速率传感器分级融合装置及方法。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，检测单元进行观测值的检测，滤波单元通过观测值对气垫船运动参数进行状态估计，切换单元用于判断是否使用该子系统进行融合，中心融合单元对选中的子系统进行进一步的融合。本发明通过自动调节参与融合的子系统，不但能改善气垫船运动参数融合策略的灵活性，还可以提高气垫船的环境适应能力，而且该融合方法能很好的减弱丢包现象造成的气垫船运动参数估计的不准确甚至发散现象，具有较高的融合精度。

技术领域

本发明涉及的是一种气垫船的运动参数数据融合方法，特别是一种具有丢包现象的多速率传感器分级融合方法。

背景技术

气垫船是一种能够实现高速航行的特殊新型现代船舶。由于航行时阻力小，航行速度可达200km/h。航行主要靠空气流产生的向心力，该向心力一般都较小，因此，在风浪影响下，如果对运动参数估计不恰当，就容易造成控制的超调，严重的会导致侧漂或翻船。

实际中气垫船在海面航行时，由于受海浪扰动的影响，气候条件比较复杂，运动参数诸如纵倾、横倾将会有较大的波动，而气垫船运动速度一般又较快，对这些参数难以及时精确的估计。

传感器测量数据在复杂环境下传输很容易发生数据丢失，即丢包现象，当前的气垫船运动学方程还没有考虑到这一现象，更没有一种有效的方法来处理丢包问题，而且传统的融合方法，如果观测数据长时间丢失，将会增大估计误差，甚至造成发散。

同时由于环境的复杂性，使用单一的传感器，很容易受到相关干扰的影响，使得运动参数的估计值误差增大，针对这一问题，当前还没有建立一种有效的融合机制来克服相关性带来的影响。也没有建立一种能够有效的应用于气垫船运动参数的数据融合方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现气垫船测量丢包时的自适应融合，提高操控水平和航行稳定性的具有丢包现象的多速率传感器分级融合装置。本发明的目的还在于提供一种具有丢包现象的多速率传感器分级融合方法

本发明的目的是这样实现的：

本发明的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，检测单元进行观测值的检测，滤波单元通过观测值对气垫船运动参数进行状态估计，切换单元用于判断是否使用该子系统进行融合，中心融合单元对选中的子系统进行进一步的融合。

所述检测单元由1～N个不同采样速率的传感器组成。

本发明的具有丢包现象的多速率传感器分级融合方法为：

(1)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；

(2)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)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下一级融合中心；

(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。

本发明提出了一种气垫船运动参数数据融合方法，目的在于实现气垫船测量丢包时的自适应融合。当传感器子系统长期无观测值时，能够自动剔除，实现子系统的自适应融合，进而提高系统的容错性，同时提高参数的融合精度。提高操控水平和航行稳定性。