Регуляризованный фильтр Калмана Советский патент 1985 года по МПК H03H21/00 

Изобретение относится к вычислительной технике, может быть испольэовано в специализированных аналоговых и гибридных ЭВМ для получения оценок состояния сложных технических систем и для решения задачи навигации.

По основному авт.св. № 1056432 известен регуляризованный фильтр Калмана, содержащий вычитатель, усилитель, первый сумматор, интегратор первый и второй матричные умножители, причем вьрсод усилителя соединен первым входом первого сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого является информационным выходом фильтра и соединен с входами первого и второго матричных умножителей, выходы которых подключены соответственно к вто рому входу первого сумматора и к п ервому входу вычитателя, второй вход которого является информационным входом фильтра, а также второй сумматор и генератор стационарного случайного процесса, выход которого подключен к первому входу второго сумматора., выход которого соединен с входом усилителя, а второй вход второго сумматора подключен к выходу вычитателя.

Известное устройство выполнено fia основе фильтра Калмана, в которьй добавлен генератор стационарного случайного процесса. С помощью последнего зашумляются известные составляющие невязки, в которых отсутствует шум измерений 1

Однако для увеличения надегкности работы известного устройства обычно подают в невязку стабилизирующий шум с заведомо большей, чем необходимо, интенсивностью. В результате измерения заглубляются, а это приводит к снижению точности оценок.

Цель изобретения - повьш1ение точности фильтрации.

Цель достигается тем, что в регуляризованный фильтр Калмана, содержащий вычитатель, усилитель, первьш сумматор, интегратор, первый и второй матричные умножители, причем выход усилителя соединен с первым входом первого сумматора, выход которого подключен к входу интегратора, выход которого является информационным выходом фильтра и соединен с входами первого и второго матричных умножителей, выходы которых йод ключены соответственно к второму входу первого cyNwaTopa и первому входу вычитателя, второй вход которого является информационным входом фильтра, а также второй сумматор и генератор стационарного случайного процесса, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, выход которого соединен с входом усилителя, а второй вход второго сумматора подключен к выходу вычитателя, введены блоки возведения в квадрат, входы которых подключены к выходу вычитателя, и последовательно соединенные третий сумматор и делитель, выход которого подключен к входам управления генератора стационарного случайного процесса и усилителя, а входы третьего сумматора соединены с выходами блоков возведения в квадрат.

На чертеже приведена структурная .электрическия схема предлагаемого регуляризованного фильтра Калмана.

Устройство содержит, вычитатель 1 первый сумматор 2, усилитель 3, второй сумматор 4, интегратор 5, генератор 6 стационарного случайного процесса, первый 7 и второй 8 матричные умнЬжители, р: блоков 9 возведения в квадрат, третий сумматор 10 и делитель 11.

Регуляризованный фильтр Калмана работает сл-едуюш 1м образом,

.На первый вход вычитателя 1 поступает п-мерньй сигнал z(t), не ; имеющий шума в к составляющих, а на второй вход - прогнозируемое измерение H(t)xj(t) от матричного умножителя 8. На выходе вычитателя 1 образуется невязка

g(t)z(t)-H(t).x(t), в которой fc известных составляющих подаются на вход блоков 9 возведения в квадрат (каждая составляющая на свой умножитель).

На выходах умножителей образуются величины (t) (,/k), которые складьшаются на третьем сумматоре 10 и делятся на величину k в делителе 1 К Таким образом, ра выходе делителя образуется величина интенсивности стабилизирующего шума

o6((i),

i-s.) 3 11662 которай подается на гебератор 6 стащюнарного слз айного процесса в качестве управляющей величины, задающей интенсивность вьфабатываемого шума, и на управляющий входj усилителя 3. С выхода генератора 6 шум (t) поступает на второй вход второго сумматора 4, на первый вход которого подаются известные (&ез шума) k составляющих невязки (t)ю от вычитателя 1. На выходе сумматора 4 образуется зашумленная невязка j(t)6(t)+ et(t), . которая подается на вход усилителя 3 на выходе которого осуществляется 5 вычисление регуляризованного козффиt иeнтa усиления . k(t)Vy(t)H(t)Vv(t)+o(t)ET где Vc(t) определяется из уравнения V(t)F(t)Vf(t)+Vjr(t)F(t)+ .:.20 +G(t) V((t)G(t)-V(t)H(t) Vv ( +et(t)E3H(t)Vf (t) , 54 Е - диагональная матрица, в которой имеется k единиц на местах, соответствующих составляющим без шума, и поправки ,X(t(t)J k(t)5t(t), учитывакндей поступившие измерения. На первом сумматоре 2 происходитсложение предсказанной оценки F(t)X||(t) с выхода матричного умножителя 7 и поправки ,x(t) с выхода усилителя 3. На выходе интегратора 5 образуется искомая оценка в соответствии с дифференциальным , уравнением x(t)F(t)x(t),(t). ПР этом увеличение точности формируемых оценок состояния приводит К повышению точности фильтрации.

РЕГУЛЯРИЗОВАННЫЙ ФИЛЬТР КАЛМАНА по авт.св. № 1056432, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности фильтрации, в него введены блоки возведения в квадрат, входы которых подключены к выходу вычитателя, и последовательно соединенные третий сумматор и делитель, выход которого подключен к входам управления генератора стационарного случайного процесса и усилителя, а входы третьего сумматора соединены с выходами блоков возведения в квадрат.