[发明专利]一种基于无人系统自控状态下滤波切换控制单元的控制方法

摘要

一种无人系统自控状态下滤波切换控制单元和方法，所述滤波切换控制单元包括标准卡尔曼滤波单元、抗干扰卡尔曼滤波单元以及切换控制单元，所述滤波切换控制方法包括首先根据无人系统所采用的滤波系统所受外部干扰特性，建立基于外部干扰的离散状态空间模型，然后将该离散状态空间模型与原系统模型联立得到状态增广系统，之后设计标准卡尔曼滤波器并估计其状态，最后，根据标准卡尔曼滤波单元输出和抗干扰卡尔曼滤波单元输出与对应阈值的比较结果，判断干扰作用大小，决定切换滤波模式，从而进行反馈控制。

主权项

1.一种基于无人系统自控状态下滤波切换控制单元的控制方法，其特征在于：所述滤波切换控制单元包括标准卡尔曼滤波单元、抗干扰卡尔曼滤波单元以及切换控制单元，所述滤波切换控制方法包括以下步骤：(1)根据无人系统所采用的滤波系统所受外部干扰特性，建立基于外部干扰的离散状态空间模型为：其中w(k)表示k时刻干扰子系统的状态变量；δ(k)表示k时刻干扰子系统输入，为高斯零均值白噪声；d(k)为k时刻滤波系统所受的干扰；W，H，V为已知的系数矩阵；(2)将步骤(1)建立的基于外部干扰的离散状态空间模型与原系统模型联立，得到状态增广系统为：其中为k时刻的增广状态；y(k)表示k时刻状态增广系统输出量测值；ω(k)，υ(k)为高斯零均值不相关白噪声；C＝[M 0]，F，G，M为已知的系数矩阵；(3)根据步骤(2)得到的状态增广系统，设计标准卡尔曼滤波器并估计其状态；针对状态增广系统的卡尔曼滤波器设计由如下递推形式给出：其中为k时刻先验估计误差协方差阵；为k时刻估计误差协方差阵；Q_k，R_k分别表示k时刻过程噪声和量测噪声的协方差矩阵，为k‑1时刻新息向量；K_k为k时刻卡尔曼滤波增益阵；得到的估计值之后，再由和就可以同时估计出外部干扰和原系统状态；(4)根据标准卡尔曼滤波单元输出和抗干扰卡尔曼滤波单元输出与对应阈值的比较结果，判断干扰作用大小，决定切换滤波模式，从而进行反馈控制；将标准卡尔曼滤波单元输出的新息向量的2‑范数||Δ_k||₂和抗干扰卡尔曼滤波单元输出的干扰估计值的2‑范数送入切换控制单元，按以下方式进行判断：1)当时，采用标准卡尔曼滤波模式；2)当时，采用抗干扰卡尔曼滤波模式；其中，和分别指的是新息向量的阈值以及干扰估计值的阈值。