[发明专利]一种针对小型无人机多源复合振动干扰的系统滤波方法

摘要

本发明涉及针对小型无人机多源复合振动干扰的系统滤波方法，首先，利用受振动干扰的加速度传感器数据和捷联式惯性导航的速度更新方程求解地理系下受干扰的三维速度其次，以地理系下三维速度为状态量，建立捷联惯性/卫星组合导航系统状态模型，并设计针对组合导航系统振动干扰的干扰观测器；再次，将作为干扰观测器的输入，利用干扰观测器输出的地理系下干扰估计值反馈补偿干扰加速度得到补偿后加速度矢量最后，利用陀螺仪输出数据与加速度完成捷联惯性/卫星组合导航系统惯导解算与Kalman组合滤波过程。本发明适用于小型无人机在发动机多源复杂振动环境下的导航。

主权项

1.一种针对小型无人机多源复合振动干扰的系统滤波方法，其特征在于包括以下步骤：(1)使用振动环境下的加速度计输出数据与姿态矩阵相乘得到地理系下受干扰的比力将进行重力加速度补偿得到受干扰的加速度数据利用与捷联惯导速度更新方程求解地理系下受干扰的三维速度(2)以地理系下三维速度为状态量，建立考虑机体振动干扰的捷联惯性/卫星组合导航系统状态模型，结合建立的状态模型，设计针对捷联惯性/卫星组合导航系统振动干扰的干扰观测器；(3)将受干扰的三维速度矢量作为干扰观测器的输入，干扰观测器输出地理系下振动干扰估计值然后反馈补偿步骤(1)中干扰加速度得出补偿后加速度矢量(4)利用陀螺仪输出数据与补偿后加速度完成组合导航系统惯导解算，然后使用Kalman组合导航滤波方法完成捷联惯导与卫星的组合滤波过程；(5)在小型无人机运行过程中，不断重复(1)到(4)，直至导航结束；所述步骤(2)中涉及到的考虑机体振动干扰的捷联惯性/卫星组合导航系统状态模型建立如下：选用无人机地理系下三维速度矢量作为状态量x，考虑振动干扰，状态模型表示为其中，分别为地球自转角速度在地理系下的投影和地理系相对于地心系的转动角速度在地理系下的投影；是比力在载体地理系下的投影；gⁿ是重力加速度在地理系下的投影；u₀为与gⁿ的矢量和；d为机体振动对组合导航系统产生的干扰在地理系下的投影，将状态模型表示如下式：所述步骤(2)中结合建立的状态模型，设计针对捷联惯性/卫星组合导航系统振动干扰的干扰观测器，具体设计步骤如下：根据建立的状态模型，干扰量d表示为：设计干扰估计量满足等式其中，L为干扰观测器增益矩阵，L的选取影响观测器的估计性能和稳定性，令中间变量则有：结合上述式子得到：在无人机系统中，地理系下的机体三轴振动干扰无交叉耦合因素，故L取对角阵：L＝diag{L1,L2,L3}；综上，干扰观测器设计如下：干扰观测器详细表示为如下a、b式：a、中间变量z微分方程b、干扰观测量计算式在Li＞0(i＝1,2,3)的约束下调节L，能够提高干扰观测器对振动干扰准确快速的观测性能；所述步骤(3)中利用干扰观测器输出值反馈补偿步骤(1)中干扰加速度得出补偿后加速度矢量的具体实现方法如下：将受干扰的三维速度矢量作为干扰观测器的输入，干扰观测器输出地理系下振动干扰量地理系下干扰加速度表示为其中，是地理系下真实加速度，d为地理系下振动干扰矢量；利用反馈补偿干扰加速度得到补偿后加速度矢量e_d为干扰估计误差；增益矩阵L使得干扰估计值接近真实干扰d，则可趋近于真实加速度