Регуляризованный фильтр калмана

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения оценок состояния сложных технических систем и решения задач навигации . Цель изобретения - повышение точности фильтрации. Регуляризованный фильтр Калмана содержит вычитатель 1, первый сумматор 2, усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, второй сумматор 4, интегратор 5, генератор 6 стационарного случайного процесса, первый 7 и второй 8 матричные умножители, блок 9 квадратов, третий сумматор 10, первый делитель 11, третий матричный умножитель 12, первый компаратор 13, источник 14 опорного напряжения, первый переключатель 15. генератор 16 счетных импульсов, первый 17 и второй 18 счетчики второй делитель 19, цифроаналоговый преобразователь 20, усилитель 21, второй компаратор 22, второй 23 и третий 24 переключатели. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 14,16-20;22-24 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 03 Н 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4710443/24 (22) 26.06.89

{46) 23.05.91, Бюл. N- 19 (72) B.Ã.Ñåðäþê, А.П,Шуляк, А.B.Ãðå÷àíþê, В.И.Дручило, И.Г.Заречанский и Д,И.Бурак (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1166275, кл. Н 03 Н 21/00, 1985.

Авторское свидетельство СССР

М 1434540, кл. Н 03 Н 21/00, 1989, (54) РЕГУЛЯРИЗОВАННЫЙ ФИЛЬТР КАЛМАНА (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения оценок состояния сложных технических систем и решения задач навигации. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для получения оценок состояния сложных технических систем и решения задач навигации.

Цель изобретения — повышение точности фильтра.

На чертеже представлена структурная схема регуляризованного фильтра Калмана.

Регуляризованный фильтр Калмана содержит вычитатель 1, первый сумматор 2, усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, второй сумматор 4, интегратор 5, генератор 6 стационарного случайного процесса, первый 7 и второй 8 матричные умножители, блок 9 квадраторов, третий сумматор 10, первый делитель

11, третий матричный умножитель 12, первый компаратор 13, источник 14 опорного напряжения, первый переключатель 15, генератор 16 счетных импульсов, первый 17 и второй 18 счетчики, второй делитель 19, „„5LI„„1651355 А1 точности фильтрации, Регуляризованный фильтр Калмана содержит вычитатель 1, первый сумматор 2, усилитель 3 с регулируемым коэффициентом .усйления, второй сумматор 4, интегратор, 5, генератор 6 стационарного случайного процесса, первый 7 и второй 8 матричные умножители, блок 9 квадратов, третий сумматор 10, первый делитель 11, третий матричный умножитель

12, первый компаратор 13; источник 14 опорного напряжения, первый переключатель 15, генератор 16 счетных импульсов, первый 17 и второй 18 счетчики, второй делитель 19, цифроаналоговый преобразователь 20, усилитель 21, второй компаратор

22, второй 23 и третий 24 переключатели, Цель изобретения достигается за счет введения блоков 14,16 — 20,22-24, 1 ил, цифроаналоговый преобразователь 20, усилитель 21, второй компаратор 22, второй 23 и третий 24 переключатели.

Фильтр работает следующим образом.

На первый вход вычитателя 1 поступает и-мерный сигнал, не имеющий шума в К составляющих, а на второй вход — прогнозируемое измерение Н(т)Х (т) от второго матричного умножителя 8, На. выходе вычитателя 1 образуется невязка

e (t) = 2(т) -H(t)X (т) в которой К известных составляющих подаются на входы квадраторов (каждая составляющая на свой блок).

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

1651355 а (t) = g al (t), которая подается на генератор 6 стационарного случайного процесса в качестве управляющей величины и на управляющий вход усилителя 3.

С выхода генератора 6 шум y (t) поступает на второй вход второго сумматора

4, на первый вход которого подаются известные (6 ез шума) К составляющие невязки

e (t) от вычитателя 1, На выходе второго сумматора 4 образуется зашумленная невязка

e (t) = e (t) + rg z (t) которая подается на информационный вход третьего переключателя 24 и на вход третьего матричного умножителя 12, в котором производится нормирование невязки. Нормирование заключается в переходе к модифицированной невязке, составляющие шума которой некоррелированы между собой и имеют единичную дисперсию. Этот переход осуществляется путем умножения невязки на матрицу Т, которая находится из условия

Т АТ = Е, где Т вЂ” матрица нормировки, А — корреляционная матрица немодифицированной невязки, которая равна А =

H(t)Vg(t)H (t)+ R;

Š— единичная матрица, Нормированная невязка поступает на первые входы первого 13 и второго 22 компараторов, В предлагаемом фильтре вычисление коэффициента загрязнения е производится по количеству измерений, ошибка которых превышает 3 о . Поскольку измерения поступают непрерывно, то подсчет этого количества можно произвести . путем дискретизации процесса измерений. С этой целью в устройство введен генератор 16 счетных импульсов,.С выхода генератора 16 счетные импульсы поступают на второй счетчик 18 и информационный вход первого переключателя 15, При превышении сигна ла с третьего матричного умножителя 12 над уровнем источника 14 опорного напряжения сигнал с компаратора 13 отпирает переключатель 15, который пропускает счетные импульсы с выхода генератора 16 счетных импульсов на вход первого счетчика 17. Таким образом, на выходе второго делителя 19 получают отношение а

Fps =—

N где — Na — число измерений, дисперсия которых превышает 3 о;

N — число всех измерений, подлежащих обработке.

:Для эргодического процесса величина

Eps при увеличении длительности сеанса измерений равна оценке коэффициента загрязнения е, Таким образом, полученное с выхода второго делителя 19 заключение Eps, преобразованное к аналоговому виду в цифроаналоговом преобразователе 20, подается на вход усилителя 21, на выходе которого осуществляется вычисление порогового значения Êp.

Рассчитанное значение Кр с выхода усилителя 21 подается на второй вход второго компаратора 22 и на информационный вход второго переключателя 23, В случае превышения сигнала с второго усилителя над сигналом с третьего матричного умножителя 12 сигнал с второго компаратора 22 открывает третий переключатель 24 и запирает второй переключатель 23. В результате на вход усилителя 3 поступает зашумленная невязка r (t), На выходе усилителя 3 вычисляется регуляризова нный коэффициент усиления

К (t) = Ч„(t) H () t тр (,) + a (t) E) — 1 где Vx(t) — определяется из уравнения

vx(t) = F(t)Vx(t) + Vx(t)P () + G(t)% ()6".()— — Vx(t) Н"(l) PPv(t) + a(t)E) H(t) Vx(t), и rlOnpBBKVI R(t, У. (t)) = K F. (t), QBBTblвающей поступившие измерения через невязку. В этом случае на первом сумматоре 2 происходит сложение предсказанной оценки F (t) Xz (t) с выхода первого матричного

ГЪ умножителя 7и поправки R(t, Х(g (T)) с выхода усилителя 3, На выходе интегратора 5 оценка формируется в соответствии с дифференциальным уравнением

x(t) = F(t) X (t)+ Rjt, X (t))

В противном случае при превышении сигнала с выхода третьего матричного умножителя 12 над сигналом с усилителя 21 сигнал с второго компаратора 22 запирает переключатель 24 и отпирает переключатель 23. На вход усилителя 3 проходит пороговое значение Kp,и поправка íà его выходе формируется в соответствии с формулой

RK (t, X (t)) = Ко Kp, т,е. поступившие измерения учитываются в зависимости от рассчитанного коэффициента загрязнения.

В этом случае оценка на выходе интегратора 5 строится в соответствии с дифференциальным уравнением

X(t) = F(t) Х д (t) + Ry(t,X д ()).

1651355

Таким образом, по сравнению с известным в предлагаемом фильтре точность формируемых оценок возрастает эа счет учета степени загрязнения измерений помехой при формировании оценок. Это позволяет повысить точность фильтрации на 14-16, что подтверждается методом статистических испытаний на ЭВМ, Составитель В. Башкиров

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор А. Осауленко

Редактор M. Иванова

Заказ 1982 Тираж 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Формула изобретения

Регуляриэованный фильтр Калмана, содержащий усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, усилитель, вычитатель, первый вход которого является входом регуляризованного фильтра Калмана, первый сумматор, подключенный через последовательно соединенные интегратор и первый матричный умножитель к своему входу, выход интегратора через второй матричный умножитель подключен к второму входу вычитателя, соединенного выходом с входом второго сумматора и входами блока квадраторов, выходы которого через последовательно соединенные третий сумматор и первый делитель подключены к управляющему входу генератора стационарного случайного процесса, третий матричный умножитель, соединенный через первый компаратор с управляющим входом первого переключателя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности фильтра, в него введены источник опорного напряжения, генератор счетных импульсов, второй делитель, цифроаналоговый преобразова5 тель, два счетчика и два переключателя, выход источника опорного напряжения соединен со вторым входом первого компаратора, выход первого переключателя через первый счетчик подключен к входу делимого

10 второго делителя, выход генератора счетных импульсов соединен с информационным входом первого переключателя и через последовательно соединенные второй счетчик, второй делитель, цифроаналоговый

15 преобразователь, усилитель, второй переключатель, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления — с вторым входом первого сумматора, выход первого делителя подключен к управляющему входу усилите20 ля с регулируемым коэффициентом усиления, выход второго сумматора соединен через третий матричный умножитель с первым входом второго компаратора и через третий переключатель — с информационным

25 входом усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, выход усилителя подключен к второму входу второго компаратора. соединенного выходом с управляющими входами второго и третьего пе30 реключателей.