

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、飛行器姿態(tài)估計(jì)技術(shù)是航天領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之一,由陀螺與星敏感器組成的飛行器姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)由于測(cè)姿精度高、可靠性好以及自主性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。針對(duì)該姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng),四元數(shù)由于計(jì)算簡單,無三角函數(shù)的運(yùn)算,同時(shí)又能避免歐拉角的奇異性問題,因此作為系統(tǒng)的姿態(tài)描述參數(shù)。為提高姿態(tài)估計(jì)的精度以及姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)的適應(yīng)能力和魯棒性,非線性濾波算法提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)保障。容積卡爾曼濾波(Cubature Kalman Filter,CKF)是一種性能優(yōu)越
2、的非線性濾波算法,具有實(shí)現(xiàn)簡單,數(shù)值穩(wěn)定性好以及在高維情況下濾波精度高、收斂性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),考慮不同環(huán)境下姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)模型可能存在模型不確定、量測(cè)丟失、量測(cè)延遲等復(fù)雜情況,魯棒濾波是一種有效的設(shè)計(jì)手段。因此,本文對(duì)CKF及魯棒濾波在飛行器姿態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究:
介紹了飛行器姿態(tài)估計(jì)以及非線性濾波的一些基礎(chǔ)理論。在介紹飛行器姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)姿態(tài)描述參數(shù)以及姿態(tài)傳感器的測(cè)量模型基礎(chǔ)上,建立基于四元數(shù)的陀螺與星敏感器姿態(tài)估計(jì)
3、模型。接著,在貝葉斯最優(yōu)濾波的理論框架下,對(duì)擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波以及CKF這三種次優(yōu)非線性濾波進(jìn)行理論上的比較,分析了它們?cè)诟呔S情況下的估計(jì)性能以及數(shù)值穩(wěn)定性,為進(jìn)一步的CKF在飛行器姿態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。
針對(duì)姿態(tài)估計(jì)模型中四元數(shù)存在規(guī)范化約束的情況,提出一種基于加性四元數(shù)約束的CKF姿態(tài)估計(jì)算法。根據(jù)最優(yōu)濾波理論,在最小均方誤差估計(jì)準(zhǔn)則的條件下,將四元數(shù)約束轉(zhuǎn)化為濾波增益約束,構(gòu)造最小約束代價(jià)函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)濾
4、波增益的校正,從而解決四元數(shù)規(guī)范化問題。然后利用三階球面-相徑容積規(guī)則來近似計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)的后驗(yàn)均值和協(xié)方差,從而得到四元數(shù)約束下的CKF濾波公式。同時(shí),考慮四元數(shù)本質(zhì)上是旋轉(zhuǎn)矢量而非一般向量,存在著乘性特性,利用四元數(shù)進(jìn)行乘性濾波時(shí),存在著四元數(shù)加權(quán)均值計(jì)算問題,提出一種基于四元數(shù)平方根CKF姿態(tài)估計(jì)算法。該算法采用一種相對(duì)簡單的拉格朗日代價(jià)函數(shù)法來求解四元數(shù)加權(quán)均值,并采用容積卡爾曼濾波理論來提高估計(jì)精度與收斂速度,同時(shí)引入平方根的形
5、式,提高濾波算法的穩(wěn)定性。
指出現(xiàn)有的迭代CKF在每一步迭代中都是假設(shè)量測(cè)噪聲與狀態(tài)及狀態(tài)估計(jì)不相關(guān)存在局限性,在一定程度上影響了狀態(tài)估計(jì)的精度,提出了一種改進(jìn)的迭代CKF算法,并將其應(yīng)用于姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)中,給出了一種基于四元數(shù)約束的容積點(diǎn)迭代CKF姿態(tài)估計(jì)算法。該算法采用三階球面-相徑容積規(guī)則近似非線性函數(shù)的均值與方差,利用狀態(tài)擴(kuò)維理論來解決量測(cè)迭代中量測(cè)噪聲與狀態(tài)相關(guān)的問題,同時(shí)提出一種新的容積點(diǎn)迭代策略,即在量測(cè)迭代過程中
6、直接采用容積點(diǎn)迭代,避免每步迭代都進(jìn)行均方根計(jì)算來產(chǎn)生容積點(diǎn),克服傳統(tǒng)迭代策略是基于高斯近似產(chǎn)生采樣點(diǎn)的局限,有效的降低擴(kuò)維帶來的計(jì)算量。并針對(duì)姿態(tài)估計(jì)存在四元數(shù)約束的問題,在每步迭代中利用增益校正的方法,保證四元數(shù)的規(guī)范化。
針對(duì)姿態(tài)估計(jì)濾波算法在模型失配、未知干擾或狀態(tài)突變等情況下存在精度低、魯棒性差的缺點(diǎn),提出了一種基于四元數(shù)約束的多重次漸消因子的強(qiáng)跟蹤C(jī)KF姿態(tài)估計(jì)算法。該濾波算法,克服單漸消因子對(duì)多變量跟蹤能力差、估
7、計(jì)精度差的局限性,通過引入兩個(gè)多重次漸消因子對(duì)預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差陣進(jìn)行調(diào)整,使得不同的濾波通道具有不同的調(diào)節(jié)能力,保證預(yù)測(cè)誤差協(xié)方差陣的對(duì)稱性,從而實(shí)現(xiàn)濾波算法強(qiáng)跟蹤性。同時(shí)考慮四元數(shù)歸一化的限制,對(duì)濾波增益進(jìn)行調(diào)整使得狀態(tài)估計(jì)值滿足四元數(shù)約束條件。
針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下的姿態(tài)估計(jì)問題,考慮了三種不同情況下的魯棒濾波設(shè)計(jì)。一是考慮陀螺與星敏感器存在未對(duì)準(zhǔn)誤差以及星敏感器存在量測(cè)延遲的情況,將陀螺與星敏感器的未對(duì)準(zhǔn)誤差看成是范數(shù)有界的模型
8、不確定,建立了帶量測(cè)延遲的不確定姿態(tài)估計(jì)模型,并提出一種新的有界時(shí)域魯棒濾波來處理模型不確定以及星敏感器延遲。二是考慮非線性姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)同時(shí)存在乘性噪聲以及量測(cè)模型存在未知干擾的情況,提出了一種魯棒擴(kuò)展卡爾曼濾波姿態(tài)估計(jì)算法。該算法基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)方差以及估計(jì)方差的最優(yōu)上界,并證明估計(jì)誤差在一定條件下是均方穩(wěn)定的。三是考慮非線性姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)同時(shí)存在乘性噪聲、量測(cè)丟失以及加性噪聲相關(guān)的情況,提出了一種魯棒遞推濾波算法。該
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 魯棒自適應(yīng)濾波算法及在飛行器技術(shù)中的應(yīng)用研究.pdf
- 基于四元數(shù)的高階CKF飛行器姿態(tài)確定算法研究.pdf
- 非線性動(dòng)態(tài)逆在飛行器姿態(tài)控制中的應(yīng)用研究.pdf
- 近空間飛行器再入段的輸入受限強(qiáng)魯棒姿態(tài)控制研究.pdf
- 基于聯(lián)邦濾波的飛行器姿態(tài)確定算法研究.pdf
- 變形翼飛行器的魯棒智能控制研究.pdf
- 無人飛行器智能魯棒飛行控制系統(tǒng)研究.pdf
- 基于非線性濾波飛行器姿態(tài)確定算法的研究
- 微型飛行器姿態(tài)估計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf
- 水翼在地效飛行器中的應(yīng)用研究.pdf
- 近空間飛行器魯棒受限控制技術(shù).pdf
- 基于補(bǔ)償?shù)娘w行器魯棒解耦控制.pdf
- 復(fù)雜飛行器魯棒容錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf
- 非線性魯棒UKF濾波器在SINS傳遞對(duì)準(zhǔn)中的應(yīng)用研究.pdf
- 四旋翼飛行器的姿態(tài)估計(jì)與優(yōu)化控制研究.pdf
- 四旋翼飛行器姿態(tài)角估計(jì)與控制.pdf
- 微型飛行器飛行姿態(tài)控制方法研究.pdf
- 基于計(jì)算機(jī)視覺的飛行器姿態(tài)估計(jì)方法研究.pdf
- 魯棒融合Kalman濾波及其在信號(hào)處理中的應(yīng)用研究.pdf
- 基于M估計(jì)的魯棒自適應(yīng)濾波算法在同聲消除中的應(yīng)用.pdf
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論