Регуляризованный фильтр Калмана Советский патент 1988 года по МПК H03H21/00 

|i

00

ий

N

, Изобретение относится.к вычислительной технике и может быть испольовано в специализированных и уни- 1 ерсальных ЭВМ для обработки полез- аых сигналов в измерительных и навигационных системах на фоне внешних и внутренних шумов в трактах этих сис- ;Тем.

Цель изобретения - повышение точ ности фильтрации.

I На чертеже изображена структурная г лектрическая схема регуляризованно - ро.фильтра Калмана.

I Регуляризованный фильтр Калмана содержит вычитатель 1, первый сумматор 2, первый усилитель 3, второй сумматор 4, интегратор 5, генератор стационарного случайного процесса, первый 7 и второй 8 матричные умно- 5Мтели, К блоков 9 - 9ц; возведения, Т1 квадрат, третий сумматор 10, дели- 11, второй 12 и третий 13 уси- Jп тeJiи, третий матричный умножитель |4, кo fflapaтop 15 и электронньй

16,.

I Регуляризованный фильтр Калмана работает следующим образом, I На первый вход вычитателя 1 посту пает п-мерньш сигнал, не имеющий

пума в К составляющих, а на второй 13ХОД - прогнозируемое измерение H(t) (t) от второго матричного шожителя 8. На выходе вычитателд

1 образуется невязка

(t) Z(t) - H(t)X(t),

IB которой к известных составляющих Ьодаются на вход блоков .9) - 9i; возведения в квадрат (каждая составляющая на свой- блок).

Па выходах блоков образуются величины, котор Ые складываются на третьем сумматоре 10 и делятся на величину К в делителе 11. Таким образом, на выходе делителя 11 образуется величина интенсивности стабилизирующего шума:

и ,

oi(t) 1/к 21 erct).

которая подается на генератор 6 стационарного случайного процесса в качестве управляющей величины и на уп равляющие входы первого 3 и второго 12 усилителей. С выхода генератора 6 шум ((t) поступает на второй вход

5 0 5

0

5

0

5

0

5

второго сумматора 4, на первый вход которого подаются известные (без шума) К-составляющие невязки (t) от вычислителя 1.- На выходе второго сумматора 4 образуется загаумленная невязка

g.(t) (t) + f(t).

которая подается на вход первого усилителя 3, на выходе которого осуществляется вычисление регуляризо- ванного коэффициента усиления

K(t) Vj(t)-H (t)(fJ(t) -f

+ 6i(t)ET

)

где Л(Ё) - определяется из уравнения

VA(t) F(t)V(t) + V{(t)F (t) +

XX

+ G(t) Q v(t)r/(t) - )H (t) x(/t) +6i(t)Ej.H(t)V(t)

и поправки , X(t) (t), . учитывающей поступивише измерения. На выходе второго усилителя 12 осуществляется вычисление величины А H(t)V: ) + , которая поступает на третий матричный умножитель 14, на второй вход которого поступает загаумленная невязка с выхода второго сумматора 4. На выходе третьего матричного умножителя 14 осуг5ествляется вычисле ше квадратной формы , которая подается на пер вый вход компаратора 15, на второй вход которого подается сигнал с третьего усилител я 13, равный

, где 7( одно из собственных значений матрицы AJ - один из диагональных элементов матрицы А. В случае превьпяения сигнала с третьего матричного умножителя 14 над сигналом с третьего усилителя 13, сигнал с компаратора 15 запирает электронный ключ 16, который не пропускает сигнал с выхода первого уси лителя 3. В это время оценка на выходе интегратора 5 строится только на основе предсказания в соответствии с дифференциальным уравнением:

X(t) F(t)Xt(t).

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

Лг -1

X(t) F(t)X(t) + ,X(t)J.

Таким образом, по сравнению с прототипом, в котором при наличии ано- tS мальных измерений, которые неизбежно присутствуют в реальных измерительных системах, в предлагаемом устрой- стве, невозможно возникновение явле-; ни 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 15-17%. 25

Формула изобретения

Регуляризованный фильтр Калмана по авт. св. NJ 1166275, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены дополнительные второй и третий усилитель, третий матричньй умножитель, компаратор и электронный ключ, причем выход делитрля 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.