CN112146659A - 一种组合导航系统的滤波方法、装置及存储介质 - Google Patents

一种组合导航系统的滤波方法、装置及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种组合导航系统的滤波方法、装置及存储介质，其中，方法包括：获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度；根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵；当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波。通过实施本发明，能够避免通过传统求解逆矩阵的方法得到状态转移矩阵，节省了计算逆矩阵对计算资源的占用的同时，由于整个过程避免了求解逆矩阵，可以准确的得到每一时刻的状态转移矩阵，保证了组合导航系统的导航效果。

Description

一种组合导航系统的滤波方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及运载火箭控制领域，具体涉及一种组合导航系统的滤波方法、装置及存储介质。
背景技术
组合导航通常由两种或两种以上的非相似导航系统对同一导航信息作测量并解算，计算出各导航系统的误差并校正，从而提供精确的导航信息。在对组合导航系统中的各种导航系统的导航数据进行融合时，通常采用组合导航的状态转移矩阵进行卡尔曼滤波以实现过滤组合导航系统的噪声和干扰，得到最优导航结果。
相关技术中，组合导航的状态转移矩阵通过求解逆矩阵得到，由于计算逆矩阵需要占用大量计算资源，所以在传统获得状态转移矩阵的方式中，对飞行控制计算机算力要求高，导致大量浪费飞行控制计算机算力；且对于某些状态矩阵可能存在无法求解逆矩阵的情况，当无法求解逆矩阵时，将直接中断状态转移矩阵的计算，影响组合导航系统得到最优导航的结果。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中组合导航对计算资源要求高，且导航准确性低的缺陷，从而提供一种组合导航系统的滤波方法、装置及存储介质。
根据第一方面，本发明实施例提供一种组合导航系统的滤波方法，包括如下步骤：获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度；根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵。
可选地，所述方法还包括：当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波；当不满足组合导航系统滤波条件，则获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵。
可选地，所述方法还包括：当根据当前时刻的状态转移矩阵完成滤波计算后，将状态转移矩阵更新为单位矩阵，获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，重复所述根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵至所述当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波的步骤。
可选地，根据所述状态阵、组合导航系统的计算周期以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵，包括：
Figure BDA0002700091840000021
φk＝φk,τ·φk-1；
其中，Fk是状态阵，T1为滤波器的计算周期，In×n是n*n的单位矩阵，φk是当前计算时刻状态转移矩阵；φk-1是前一计算时刻状态转移矩阵；φk/T是从前一计算时刻到当前计算时刻的状态转移矩阵。
根据第二方面，本实施例提供一种组合导航系统的滤波装置，包括：参数获取模块，用于获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度；状态阵获取模块，用于根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；第一状态转移矩阵确定模块，用于根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵。
可选地，所述装置还包括：滤波模块，用于当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波；第二状态转移矩阵确定模块，用于当不满足组合导航系统滤波条件，则获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵。
可选地，所述装置还包括：矩阵更新模块，用于当根据当前时刻的状态转移矩阵完成滤波计算后，将状态转移矩阵更新为单位矩阵，获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，重复所述根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵至所述当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波的步骤。
可选地，第一状态转移矩阵确定模块，执行内容包括：
Figure BDA0002700091840000031
φk＝φk,τ·φk-1；
其中，Fk是状态阵，T1为滤波器的计算周期，In×n是n*n的单位矩阵，φk是当前计算时刻状态转移矩阵；φk-1是前一计算时刻状态转移矩阵；φk/τ是从前一计算时刻到当前计算时刻的状态转移矩阵。
根据第三方面，本实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现第一方面或第一方面任一实施方式所述的组合导航系统的滤波方法的步骤。
根据第四方面，本实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现第一方面或第一方面任一实施方式所述的组合导航系统的滤波方法的步骤。
本发明技术方案，具有如下优点：
本实施例提供的组合导航系统的滤波方法/装置，通过状态阵和前一计算时刻的状态转移矩阵计算出当前时刻的状态转移矩阵，使得无论何种情况都能计算得到滤波所需的状态转移矩阵，通过实施本发明，能够避免通过传统求解逆矩阵的方法得到状态转移矩阵，节省了计算逆矩阵对计算资源的占用的同时，由于整个过程避免了求解逆矩阵，可以准确的得到每一时刻的状态转移矩阵，保证了组合导航系统的导航效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中组合导航系统的滤波方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例中组合导航系统的滤波装置的一个具体示例的原理框图；
图3为本发明实施例中一种电子设备的一个具体示例的原理框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本实施例提供一种组合导航系统的滤波方法，如图1所示，包括如下步骤：
S101，获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度。
示例性地，运动载体可以是火箭、汽车等需要借助导航系统实现自运行的物体，本申请实施例以火箭为例。获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度的方式可以是通过火箭内置的惯性组件测量计算得到，也可以通过其他运动传感器得到。本实施例对当前时刻运动载体的角速度和视加速度的获取方式不做限定，本领域技术人员可以根据需要确定。
S102，根据运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；
示例性地，根据运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵的方式可以是：
Figure BDA0002700091840000061
其中，Fk为状态阵，03×3表示为三维零矩阵；I3×3表示为三维单位矩阵；
Figure BDA0002700091840000071
其中，GM是地球物理常数，r是火箭到地心的绝对距离；rxi、ryi、rzi是r的矢量分量；均由公知的惯性导航得到；
Figure BDA0002700091840000072
Figure BDA0002700091840000073
Figure BDA0002700091840000074
是惯性器件敏感的视加速度，
Figure BDA0002700091840000075
是根据运动载体角速度，通过公知的惯性导航方法推算出的姿态阵。
S103，根据状态阵以及前一计算时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵。
示例性地，当前时刻的状态转移矩阵的确定方式可以是先通过状态阵以及滤波器的计算周期得到前一时刻到当前时刻的状态转移矩阵，再通过前一时刻计算出的状态转移矩阵以及前一时刻到当前时刻的状态转移矩阵递推出当前时刻的状态转移矩阵。具体通过以下计算公式得到：
Figure BDA0002700091840000076
φk＝φk,τ·φk-1；
其中，Fk是状态阵，T1为滤波器的计算周期，In×n是n*n的单位矩阵，φk是当前时刻状态转移矩阵；φk-1是前一时刻状态转移矩阵；φk/τ是从前一时刻到当前时刻的状态转移矩阵。
本实施例提供的组合导航系统的滤波方法/装置，通过状态阵和前一计算时刻的状态转移矩阵计算出当前时刻的状态转移矩阵，使得无论何种情况都能计算得到滤波所需的状态转移矩阵，通过实施本发明，能够避免通过传统求解逆矩阵的方法得到状态转移矩阵，节省了计算逆矩阵对计算资源的占用的同时，由于整个过程避免了求解逆矩阵，可以准确的得到每一时刻的状态转移矩阵，保证了组合导航系统的导航效果。
作为本实施例一种可选的实施方式，上述方法还包括：
当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波。
示例性地，组合导航系统的滤波条件可以是卫星导航周期秒脉冲到来且PDOP值满足精度要求，PDOP值的精度要求可以是PDOP值小于6，即表示当PDOP值小于6时，认为卫星导航接收机发送的数据有效。当卫星导航周期秒脉冲到来且PDOP值满足精度要求时，根据当前时刻计算出的状态转移矩阵进行滤波。本实施例对组合导航系统的滤波条件不做限定，本领域技术人员可以根据需要确定。
当不满足组合导航系统滤波条件，则获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵。
示例性地，当卫星周期秒脉冲未达到或者卫星周期秒脉冲到达但PDOP值不满足精度要求时，可以表示当前时刻不满足组合导航系统滤波条件，则继续获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵，一直重复上述计算，递推状态转移矩阵，直至某个时刻满足组合导航系统滤波条件。
本实施例提供的组合导航系统的滤波方法，当不满足组合导航系统滤波条件，则继续通过获取下一时刻的角速度和视加速度计算状态阵以递推下一时刻的状态转移矩阵，实现了实时计算状态转移矩阵的计算，使得状态转移矩阵计算结果更加准确，进而提高了组合导航的导航准确性。
作为本实施例一种可选的实施方式，上述方法还包括：
当根据当前时刻的状态转移矩阵完成滤波计算后，将状态转移矩阵更新为单位矩阵，获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，重复所述根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵至所述当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波的步骤。
示例性地，当满足组合导航系统滤波条件，且已根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波时，则将该状态转移矩阵更新为单位矩阵，重复根据运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵，计算状态转移矩阵，并判断当前时刻是否满足组合导航系统滤波条件的步骤。
本实施例提供的组合导航系统的滤波方法，当完成滤波后，将状态转移矩阵设置为单位矩阵，重新通过上述方法递推下一滤波器计算周期的状态转移矩阵，实现了不同滤波器计算周期之间状态转移矩阵的计算。
本实施例提供一种组合导航系统的滤波装置，如图2所示，包括：
参数获取模块201，用于获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度；具体实现方式见本实施例方法步骤S101相关描述，在此不再赘述。
状态阵获取模块202，用于根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；具体实现方式见本实施例方法步骤S102相关描述，在此不再赘述。
第一状态转移矩阵确定模块203，用于根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵；具体实现方式见本实施例方法步骤S103相关描述，在此不再赘述。
本实施例提供的组合导航系统的滤波装置，通过状态阵和前一计算时刻的状态转移矩阵计算出当前时刻的状态转移矩阵，使得无论何种情况都能计算得到滤波所需的状态转移矩阵，通过实施本发明，能够避免通过传统求解逆矩阵的方法得到状态转移矩阵，节省了计算逆矩阵对计算资源的占用的同时，由于整个过程避免了求解逆矩阵，可以准确的得到每一时刻的状态转移矩阵，保证了组合导航系统的导航效果。
作为本实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：
滤波模块，用于当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波。具体实现方式见本实施例方法相关描述，在此不再赘述。
第二状态转移矩阵确定模块，用于当不满足组合导航系统滤波条件，则获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵。具体实现方式见本实施例方法相关描述，在此不再赘述。
作为本实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：
矩阵更新模块，用于当根据当前时刻的状态转移矩阵完成滤波计算后，将状态转移矩阵更新为单位矩阵，获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，重复所述根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵至所述当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波的步骤。具体实现方式见本实施例方法相关描述，在此不再赘述。
作为本实施例一种可选的实施方式，第一状态转移矩阵确定模块，执行内容包括：
Figure BDA0002700091840000111
φk＝φk,τ·φk-1；
其中，Fk是状态阵，T1为滤波器的计算周期，In×n是n*n的单位矩阵，φk是当前计算时刻状态转移矩阵；φk-1是前一计算时刻状态转移矩阵；φk/T是从前一计算时刻到当前计算时刻的状态转移矩阵。具体实现方式见本实施例方法相关描述，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种电子设备，如图3所示，处理器310和存储器320，其中处理器310和存储器320可以通过总线或者其他方式连接。
处理器310可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器310还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器320作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的一种组合导航系统的滤波方法对应的程序指令/模块。处理器通过运行存储在存储器中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理。
存储器320可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器320可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述一个或者多个模块存储在所述存储器320中，当被所述处理器310执行时，执行如图1所示实施例中的一种组合导航系统的滤波方法。
上述电子设备的具体细节可以对应参阅图1所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中一种组合导航系统的滤波方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard DiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种组合导航系统的滤波方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度；
根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；
根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波；
当不满足组合导航系统滤波条件，则获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当根据当前时刻的状态转移矩阵完成滤波计算后，将状态转移矩阵更新为单位矩阵，获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，重复所述根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵至所述当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波的步骤。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵，包括：
Figure FDA0002700091830000021
φk＝φk,τ·φk-1；
其中，Fk是状态阵，T1为滤波器的计算周期，In×n是n*n的单位矩阵，φk是当前计算时刻状态转移矩阵；φk-1是前一计算时刻状态转移矩阵；φk/T是从前一计算时刻到当前计算时刻的状态转移矩阵。
5.一种组合导航系统的滤波装置，其特征在于，包括：
参数获取模块，用于获取当前时刻运动载体的角速度和视加速度；
状态阵获取模块，用于根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵；
第一状态转移矩阵确定模块，用于根据所述状态阵以及前一时刻的状态转移矩阵，确定当前时刻的状态转移矩阵。
6.根据权利要求5所述的组合导航系统的滤波装置，其特征在于，所述装置还包括：
滤波模块，用于当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波；
第二状态转移矩阵确定模块，用于当不满足组合导航系统滤波条件，则获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，以确定下一时刻的状态转移矩阵。
7.根据权利要求6所述的组合导航系统的滤波装置，其特征在于，所述装置还包括：
矩阵更新模块，用于当根据当前时刻的状态转移矩阵完成滤波计算后，将状态转移矩阵更新为单位矩阵，获取下一时刻运动载体的角速度和视加速度，重复所述根据所述运动载体的角速度和视加速度，确定状态阵至所述当满足组合导航系统滤波条件，则根据当前时刻的状态转移矩阵进行滤波的步骤。
8.根据权利要求5所述的组合导航系统的滤波装置，其特征在于，第一状态转移矩阵确定模块，执行内容包括：
Figure FDA0002700091830000031
φk＝φk,τ·φk-1；
其中，Fk是状态阵，T1为滤波器的计算周期，In×n是n*n的单位矩阵，φk是当前计算时刻状态转移矩阵；φk-1是前一计算时刻状态转移矩阵；φk；T是从前一计算时刻到当前计算时刻的状态转移矩阵。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-4任一所述的组合导航系统的滤波方法的步骤。
10.一种存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1-4任一所述的组合导航系统的滤波方法的步骤。
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