[发明专利]一种六自由度激光标靶测量系统及其动态性能提升方法

权利要求书

1.一种六自由度激光标靶测量系统，包括激光跟踪仪(201)和六自由度姿态激光标靶(202)，其特征在于，所述激光跟踪仪(201)作为基站用于通过高频测点提供冗余量测信息，所述激光标靶(202)固定在待测目标上，包括角锥棱镜(301)、倾角传感单元(302)、视觉成像单元(303)、捷联惯导测量单元(304)和数据处理单元(305)；所述数据处理单元(305)与倾角传感单元(302)、视觉成像单元(303)和捷联惯导测量单元(304)电连接；

所述视觉成像单元(303)与所述角锥棱镜配合测量待测目标的方位角，所述倾角传感单元(302)用于测量滚转角和俯仰角信息，所述捷联惯导测量单元(304)用于测量待测目标的姿态、速度与位置信息；所述数据处理单元(305)接收来自所述倾角传感单元(302)、视觉成像单元(303)和捷联惯导测量单元(304)的量测信息并传送至上位机；

所述上位机建立组合滤波系统的状态空间方程,将捷联惯导测量单元(304)的量测信息比对所述倾角传感单元(302)和视觉成像单元(303)的量测信息获得捷联惯导测量单元的误差，引入故障检测算法实时判定倾角传感单元(302)工作状态，并在倾角传感单元(302)正常和失准时使用多重次优渐消自适应容错卡尔曼滤波算法进行自适应容错滤波对捷联惯导测量单元误差进行预测与补偿。

2.如权利要求1所述六自由度激光标靶测量系统的动态性能提升方法，包括：

步骤一：根据倾角传感单元(302)、视觉成像单元(303)获取的姿态信息与激光跟踪仪(201)获取的冗余量测信息结合捷联惯导测量单元(304)获取的姿态、速度与位置信息，确定系统状态变量并建立组合滤波系统的状态空间方程；其中，所述冗余量测信息是指测量的速度、位置信息；

步骤二：提取单个滤波新息向量构建残差卡方故障检测量进行检测，识别检测量判断系统是否故障，如判断系统故障，执行步骤三；否则，提取状态递推器中的伪新息向量所构建残差矩阵的特征谱峰值对所述六自由度激光标靶测量系统的倾角传感单元进行进一步故障检测；

步骤三：当步骤二判断为六自由度激光标靶测量系统工作正常时，使用多重次优渐消自适应容错卡尔曼滤波算法进行自适应容错滤波获取最优的系统状态误差估计值；其中，利用步骤一中所构建的状态空间方程结合自适应调节算法构造渐消因子，根据系统当前状态对渐消因子自适应调整；

当步骤二判断为六自由度激光标靶测量系统工作失常时，即当倾角传感单元失准时，系统调整步骤一建立的状态空间方程中量测矩阵结构，再使用多重次优渐消自适应容错卡尔曼滤波算法对系统误差进行预测，获取最优的系统状态误差估计值；

步骤四：根据获取的系统状态量误差估计值对当前系统状态进行补偿获取当前系统位姿信息；

其中，所述步骤二中的故障检测算法是一种改进的残差卡方-特征值的检测算法，采用状态递推器构建伪新息序列，提取以当前递推器内的归一化伪新息向量所构建残差矩阵的特征谱峰值作为故障检测指标，具体包括：

构建如下状态递推器：

其中，为k-1时刻的状态递推器内的状态向量，为k-1时刻的状态递推器内的状态协方差阵，为状态初值，为状态协方差阵初值，为避免状态发散，状态递推器设置长度为N，即递推N个时刻则以当前原滤波器的状态量及状态协方差阵重新赋状态递推器的初值开始新的状态递推；由此构建伪新息向量：

将状态递推器内的归一化伪新息向量构建矩阵：

其中n为当前状态递推器的伪新息向量数，为对应的伪新息协方差阵，定义残差矩阵D_k为：

提取D_k特征谱的极大值λ_k＝max{δ{D_k}}，构建如下判定准则：

当λ_kλ_d时，系统发生故障；

当λ_k≤λ_d时，系统工作正常；

其中，λ_d为故障检测阈值。