[发明专利]一种考虑可观测性的水域观测平台的组合定位方法

权利要求书

1.一种考虑可观测性的水域观测平台的组合定位方法，其特征在于：

S1：建立导航状态量的误差协方差矩阵，在线分析误差可观测性矩阵的特征向量和特征值，判断由惯性系统和多普勒测速仪、深度计观测系统所得到的导航结果真实反映水域观测平台导航系统状态的程度；

S2：根据复杂水域场景中观测平台的运动形式以及卡尔曼滤波理论，在分析状态量的可观测性大小对反馈作用影响大小的基础上，设计自适应算法提高所建动力学模型和观测平台运动学过程的匹配度；

S3：为抑制不可观测状态对滤波器的反馈污染，设计主动降维滤波算法，提出新形式检验方法，调整滤波器模型，使得系统完全可观测。

2.如权利要求1所述的一种考虑可观测性的水域观测平台的组合定位方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括如下步骤：

考虑一个18维系统状态量的水域观平台的导航定位误差状态量：

其中，δθ,δφ,δω表示水域观测平台的俯仰角、横滚角、航向角误差，表示水域观测平台在地心地固坐标系下的速度误差，表示水域观测平台在地心地固坐标系下的位置误差，表示水域观测平台在载体系下惯性陀螺仪的常值偏移误差，表示水域观测平台在载体系下惯性加计的常值偏移误差，表示水域观测平台上放置的惯性器件与多普勒测速仪间在载体系下三个轴向的距离；

水域观测平台的惯导系统在地心地固坐标系下的离散时间误差方程为：

其中，为状态转移矩阵，X_k∈Rⁿ是为状态量，k是滤波时刻，τ_s是离散时间间隔，是从载体系到地心地固坐标系的转换矩阵；且为捷联惯导系统连续时间误差方程中相应的系统矩阵，W_k-1为零均值的系统高斯白噪声，协方差为Q_k-1；

考虑一个多普勒DVL测速信息、深度计深度信息的量测方程为：

其中，Z_1,k∈R^m、Z_2,k∈R是为组合系统速度、深度外信息量，分别表示多普勒DVL输出的速度信息和惯性系统计算的速度信息，为速度量测阵，V_1,k、V_2,k为零均值的量测高斯白噪声；为深度量测阵，表示深度计输出的在当地地理坐标系下的深度信息，是从载体系到当地地理坐标系的转换矩阵；H_k为H_1,k、H_2,k的合称，V_k为V_1,k、V_2,k的合称，协方差为R_k；

对于该水域观测平台组合导航系统而言，离散系统的导航状态量误差为：

其中，K_k为滤波器增益矩阵；

离散系统的导航状态量的一步预测均方误差阵P_k|k-1为：

离散系统的导航状态量的误差协方差矩阵P_k为：

根据误差协方差矩阵，定义一个关于导航状态量可观测性线性组合：

其中，可观测性向量方差为：且满足约束规则ν_k^Tν_k＝1；

利用Lagrangian乘子方法求解可观测性特征向量和特征值：

将可观测性向量方差带入可得：

简化可知

(P_k-λI)ν_k＝0

当且仅当|P_k-λI|＝0时，上述可观测性特征值有非零解；

将可观测性向量方差和约束规则带入可得：

其中，方差对应可观测性特征值，线性组合向量ν_k对应可观测性特征向量；方差越小，则导航状态量的可观测性特征值越小，表明该状态的可观测度越强，由惯性系统和多普勒测速仪、深度计观测系统所得到的导航结果越能够真实反映水域观测平台导航系统状态。