[发明专利]基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法

摘要

本发明公开一种基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法，适用于卫星通信中的共轴式双旋翼直升机旋翼遮挡天线环境。该方法步骤如下：通过卫星通信系统检测4个连续缝隙时间来确定初始旋翼遮挡状态；进入循环体迭代预测：用上一个旋翼遮挡状态通过状态方程预测下一个旋翼遮挡状态，判断预测的旋翼遮挡状态中缝隙时间是否在周期范围内，修正超出范围的缝隙时间，输出旋翼遮挡状态。该状态一方面用于指导返向链路信号的突发传输，另一方面会结合实际检测到的缝隙时间和卡尔曼增益进行校正，用于下次预测。该预测方法直接预测缝隙时间，利用卡尔曼增益和观测值不断修正预测值，保证滤波稳定、收敛性好，做到精确旋翼跟踪与预测。

主权项

1.一种基于卡尔曼滤波的直升机旋翼遮挡缝隙时长预测方法，直升机为共轴式双旋翼直升机，包括上下两个旋翼，每个旋翼对应一个旋翼遮挡状态，所述的预测方法包括下列步骤：S1、初始化双旋翼直升机旋翼遮挡状态，通过卫星通信系统检测4个连续缝隙时间来确定上下两个旋翼当前的旋翼遮挡状态，比较4个连续缝隙时间中相邻两个数相加的结果，最小值为较快旋翼周期时间；S2、利用上一个旋翼遮挡状态通过状态方程Xk＝FX′k‑2预测下一个同遮挡旋翼的旋翼遮挡状态，其中，X′k‑2为上一个同遮挡旋翼下的旋翼遮挡状态，状态转移矩阵F为预定义参数，Xk为预测的旋翼遮挡状态；S3、判断是否存在较快或较慢旋翼遮挡状态周期变化起点标记及步骤S2预测的旋翼遮挡状态中缝隙时间是否在较快旋翼周期时间内，若旋翼遮挡状态超出范围则对旋翼遮挡状态进行修正，并设置起点标记，输出旋翼遮挡状态，并利用该状态中的缝隙时间指导返向链路信号的突发传输，控制突发时间长度；S4、判断输出的旋翼遮挡状态属于较快旋翼还是较慢旋翼造成，利用上一次同遮挡旋翼协方差矩阵预测当前的协方差矩阵，预测公式如下：Pi＝FP′i‑1FT+Q，其中，P′i‑1为上一次同遮挡旋翼更新后的协方差矩阵，F为预定义的状态转移矩阵，FT为状态转移矩阵的转置，Q表示外界噪声的方差，Pi为当前旋翼遮挡状态下的协方差矩阵；利用公式K＝PiHT(HPiHT+R)‑1更新当前旋翼遮挡状态下的卡尔曼增益，其中，观测矩阵H为预定义参数，HT为观测矩阵的转置，R为测量噪声方差，Pi为预测的协方差矩阵，K为当前旋翼遮挡状态下的卡尔曼增益；通过卫星通信系统检测到的缝隙时间校正步骤S3中输出的旋翼遮挡状态，校正公式如下：X′k＝Xk+K(zk‑HXk)，其中，Xk为输出的旋翼遮挡状态，zk为卫星通信系统检测到的缝隙时间，K为上文公式求得的卡尔曼增益，观测矩阵H为上文中提到的预定义参数，X′k为校正后的旋翼遮挡状态；利用公式Pi′＝Pi‑KHPi得到更新后的协方差矩阵，其中，Pi为上文公式预测的协方差矩阵，Pi′为更新后的协方差矩阵；S5、判断步骤S4中检测到的缝隙时间与校正后旋翼遮挡状态中缝隙时间的差值的绝对值是否大于转速变化阈值，其中，转速变化阈值为预定义参数，若判断大于，则调整目前存储的较快旋翼周期时间；S6、返回步骤S2继续预测下一个旋翼遮挡状态，直至停止预测。