Регуляризованный фильтр калмана

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ., РЕСПУБЛИН

15У 4 Н 03 Н 21/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4:ь

СьР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм из06Ретений и ОтнРытий (61) 1166275 (Л) 4240744/24-09 (22) 06.04.87 (46) 30.10.88. Бюл. Ф 40 (72) Н.H.Êîçëîâ, В.В.Пицык, В.Г.Сердюк, С.И.Кризько и В.А.Гречанюк (53) 681.32(088.8) ,(56) Авторское свидетельство СССР

:Р 1166275, кл. Н 03 Н 21/00. l983. (54) РЕГУЛЯРИЗОВАНВЫЙ ФИЛЬТР КЛЛМАНА (57) Изобретение относится к области вычислительной техники. Цель изобре тения — повьппение точности фильтра ции. Регуляриэованный фильтр Калмана содержит вычитатель 1, сумматоры 2, .4, 10, у-ли 3, 12, 13, интегратор 5, „.,Я0„„1434540 А 2 г-р 6 стационарного случайного процесса, K блоков 9„.-9 „возведения в квадрат, делитель 11. Для достижения цели в фильтр введены три матричных умножителя 7» 8, 14, компаратор 15, электронный ключ 16. По сравнению с прототипом, в котором при наличии аномальных измерений» ко орые неизбежно присутствуют и реальных измерительных системах, в предлагаемом устр-ве невозможно возникновение явления расходимости фильтра, и точность формируемых оценок возрастает за счет того, что аномальные измерения не участвуют в формировании оценки. Это позволяет повысить точность фильтрации на 15-17%. 1 ил.

1434540, Изобретение относится .к вычислительной технике и может быть испольовано н специализированных и униерсальных ЭВИ для обработки полез5 йых сигналов в измерительных и навигационных системах на фоне внешних и внутренних шумов в трактах этих систем.

Цель изобретения — повышение точости фильтрации.

На чертеже изображена структурная электрическая схема регуляризованнйго фильтра Калмана.

Регуляризованный фильтр Калмана одержит вычитатель 1, первый суммаор 2, первый усилитель 3, второй умматор 4, интегратор 5, генератор стационарного случайного процесса, ервый 7 и второй 8 матричные умно- 20 тели, К блоков 9, — 9„ возведения, ф квадрат, третий сумматор 10, дели ель 11, второй 12 и третий 13 усилители, третий матричный умножитель !

14, компаратор 15 и электронный 25 ключ 16.

Регуляризованный фильтр Калмана работает следующим образом.

На первый вход вычитателя 1 посту .

Пает и-мерньпI сигнал, не имеющий ! пгума н К составляющих, а на второй ход — прогнозируемое измерение л

p(t) X<(t) от второго матричного множителя 8. На выходе нычитателя образуется невязка л

p(t) = z(t) — H(t)x„(t), р которой К известных составляющих подаются на вход блоков .9, — 9» яоэ ведения в квадрат (каждая состан" ляющая на свой блок) . б

На выходах блоков 9 — 9 образуются величины, которбые складываются на третьем сумматоре 10 и делятся 45 на величину К в делителе 11. Таким образом, на выходе делителя 11 образуется величина интенсивности стабилизирующего шума:

»! 50

Ы.() = 1/К Я,(t), которая подается на генератор 6 стационарного случайного процесса в качестве управляющей величины и на уп55 равляющие входы первого 3 и второго

12 усилителей. С выхода генератора 6 шум () поступает на второй вход второго сумматора 4, на первый вход которого подаются известные (беэ шума) К-состанляющие невязки g (t) от вьгчислителя 1. На выходе второго сумматора 4 образуется зашумленная невязка

Я„(t) = E(t) + y„(t), которая подается на вход первого усилителя 3, на выходе которого осуществляется вычисление регуляризованного коэффициента усиления

К,,(а) = V (t) Н (t) („(с) +

+ 6L(t)Eg где V (t) — определяется из уравнеХ

HIM

Ч.(t) = F(t)ч;(t) + V„(t)F (t) +

+ C. (t) С!!,(е)С (t) — Ч {е)Н (t)» х

Ьч() (t)Ej { ) х() л и поправки R(t, X {t)J = К, f (t), . учитывающей поступившие измерения.

На выходе нторого усилителя 12 осуществляется вычисление величины

А = (H(t)V л Н (t) !- R) которая поступает йа третий матричный умно+ житель 14, на второй вход которого поступает зашумленная невязка с выхода второго сумматора 4. На выходе третьего матричного умножителя 14 осуществляется вычисление квадратной т формы Г,! АЯ, которая подается на пер-. вый вход компаратора 15, на второй вход которого подается сигнал с третьего усилителя 13, ранный

9 A Gi б

1 где 3, — одно иэ собственных значений матрицы А, CI; — один из диагональных элементбв матрицы А.

В случае превышения сигнала с третьего матричного умножителя 14 над сигналом с третьего усилителя 13, сигнал с компаратора 1 5 запирает

E электронный ключ 16, который не проI пускает сигнал с выхода первого усилителя 3. В это время оценка на выходе интегратора 5 строится только на основе предсказания в соответствии с дифференциальным уравнением: х{с) = Г(е)х, {с) 1434540

Составитель С.Музычук

Техред М. Ходанич Корректор П.Пилипенко

Редактор А.Ревин

Р, Тираж 929 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5564/56

Гроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

В противном случае на первом сумматоре 2 происходит .сложение предсказанной оценки F(t)X<(t) с выхода первого матричного умножителя 7 и поправки RIé, 2 (t)) с выхода элект5 ронного ключа 16.. На выходе интегратора 5 образуется искомая оценка в соответствии с дифференциальным уравнением: f0

Таким образом, по сравнению с прототипом, в котором при наличии ано- f5 мальных измерений, которые неизбежно присутствуют в реальных измерительных системах, в предлагаемом устройстве, невозможно возникновение явле-, ниф расходимости фильтра и точность 20 формируемых оценок возрастает за счет того, что аномальные измерения не участвуют в формировании оценки.

Это позволяет повысить точность фильтрации на 15-17X..

Формула изобретения

Регуляризованный фильтр Калмана по авт, св. М 1166275, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены дополнительные второй и третий усилитель, третий матричный умножитель, компаратор и электронный ключ, причем выход делителя соединен через второй дополнительный усилитель с входом третьего дополнительного усилителя и первым входом третьего матричного умножителя, второй вход которого подключен к выходу второго сумматора, а выход матричного умножителя соединен с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом дополнительного третьего усилителя, причем выход усилителя подключен к первому входу первого сумматора через электронньй ключ к управляющему входу которого подключен выход компаратора.