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火星動力下降段非線性三步濾波方法與流程

文檔序號:11808274閱讀:來源:國知局
火星動力下降段非線性三步濾波方法與流程

技術特征:
1.一種火星動力下降段非線性三步濾波方法,其特征在于:它包括以下步驟:步驟一、離散型非線性三步方法的動力學系統和量測系統形式為其中xk表示系統狀態(tài)量,yk是測量系統測量值,fk是未知的動力學系統偏差,dk是未知的量測系統誤差;非線性方程f(·)和h(·)分別是狀態(tài)轉移方程和量測方程并且關于xk可微;矩陣具有恰當的維數;和分別是動力學系統噪聲和量測系統噪聲,它們是不相關的高斯白噪聲,滿足以下式子步驟二、給定初始值:和為初始狀態(tài)的估計值,為初始狀態(tài)估計均方誤差,為動力學偏差和量測系統誤差的相關系數;步驟三、狀態(tài)量濾波其中式中:為狀態(tài)的一步預測,為tk時刻的狀態(tài)量,uk為tk時刻的控制輸入量;為tk時刻的狀態(tài)估計均方誤差,Φk為tk時刻到tk+1時刻的一步轉移矩陣;Qk為系統的噪聲的方差陣,為一步預測均方誤差;為量測陣,Ck+1為量測新息誤差陣,為狀態(tài)增益;I為單位陣,為tk+1時刻的狀態(tài)估計均方誤差;為量測新息,為狀態(tài)估計;步驟四、動力學系統偏差濾波為tk時刻動力學系統偏差對動力學系統驅動陣,為轉移矩陣,為tk+1時刻動力學系統偏差對量測系統量測陣,為tk+1時刻動力學系統偏差對量測系統校正量測陣;為tk+1時刻動力學系統偏差估計均方誤差,為廣義逆矩陣;為動力學系統偏差濾波增益,為tk+1時刻動力學系統偏差狀態(tài)估計;其中,根據實際動力學系統分析選取相應矩陣步驟五、測量系統中的未知測量系統誤差濾波為tk時刻動力學偏差和量測系統誤差的相關系數,為轉移矩陣;為tk時刻量測系統誤差對動力學系統驅動陣,為變換矩陣;為tk+1時刻量測系統誤差對量測系統量測陣,為tk+1時刻量測系統誤差對量測系統校正量測陣;為tk+1時刻量測系統誤差估計均方誤差,為廣義逆矩陣;為量測系統誤差濾波增益;為tk+1時刻動力學系統偏差狀態(tài)估計;其中,根據實際的量測系統選取相應的矩陣步驟六、更新相關系數、校正狀態(tài)估計和動力學偏差估計均為相關系數,為tk+1時刻校正后的狀態(tài)量,為tk+1時刻校正后的狀態(tài)估計均方誤差,為tk+1時刻校正后的狀態(tài)量,為tk+1時刻校正后的狀態(tài)估計均方誤差;步驟七、令k=k+1,返回步驟三往下進行,直到k等于火星動力下降段時間截止對應的時刻T時,即火星著陸器著陸為止;至此完成火星動力下降段非線性三步濾波方法;其中,在步驟一中所列的式(1)和式(2),要根據實際情況合理建立相應的矩陣非線性方程f(·)和h(·)關于xk可微是指,xk是函數f(·)和h(·)定義域上的一點,且f(xk)和h(xk)的導數有定義;且式(3)中δkj是克羅內克函數,在數學中,克羅內克函數δkj是一個二元函數,克羅內克函數的自變量即輸入值是兩個整數,如果兩者相等,則其輸出值為1,否則為0;其中,在步驟二中所述的“給定初始值:和”,是根據實際情況估計初值,在火星動力下降段之前,由火星降落傘下降段飛行段末端得到狀態(tài)估計值和估計均方誤差,且動力學系統偏差和測量系統中的未知測量系統誤差為不相關量;其中,步驟四和步驟五,該兩個步驟能根據考慮動力學系統偏差和測量系統中的未知測量系統誤差的先后關系進行互換;其中,探測器在火星動力下降過程中,其依靠IMU的火星著陸動力學系統如下方程;其中,r=[r1,r2,r3]T為相對火星著陸點坐標系下的三軸位移,v=[v1,v2,v3]T為火星探測器相對火星著陸點坐標系下的三軸速度,e=[φ,θ,ψ]T為三軸Euler姿態(tài)角,φ,θ,ψ分別為滾轉角、俯仰角、航向角;為加速度計測量值,為陀螺儀測量值,ba為加速度計偏差,bω為陀螺儀偏差,g為火星重力加速度;ξa為加速度計測量白噪聲,ξω為陀螺儀測量白噪聲;為測量儀器坐標系到火星著陸點坐標系的轉換矩陣;K為姿態(tài)運動學矩陣;對于未知的火星環(huán)境,其動力學系統存在誤差,即使事先對著陸地點的重力加速度進行估計也還存在誤差;在一些地形地貌復雜的具有科學探測的著陸點附近,火星重力加速度將難以進行事先估計校正,故應該在動力學方程中加入如下一項bg=bg+wb(26)其中,bg為火星重力加速度偏差,wb為火星重力加速度量測白噪聲;目前火星動力下降段,美國噴氣推力實驗室JPL開發(fā)了一種集高度計和速度計為一體的小體積、低能耗的微型傳感器MCAV,它采用激光測距測速來實現高度、速度信息的同時輸出;其對應的測量系統方程如下式來表示:其中,r3為高度方向,為火星著陸點坐標系到測量儀器坐標系的轉換矩陣,v=[v1,v2,v3]T為火星探測器相對火星著陸點坐標系下的三軸速度,即為測量儀器測得速度數據,而dr和dv分別為高度測量和速度測量的系統誤差,v為量測噪聲;其中,根據火星動力下降段的實際情況:火星動力下降段對應的離散動力學系統改寫為如下形式:其中x為火星動力下降段動力學系統中的狀態(tài)量具體包含式(25)中的左邊的各分量,即矩陣對應的離散量測方程為其中,
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