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专利号: 2024105883796
申请人: 齐鲁工业大学(山东省科学院)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于时变量测噪声的组合导航数据融合方法,其特征在于,所述方法包括:步骤1、构建基于经验模态分解EMD和改进的门控循环单元GRU的量测序列预测模型;

步骤2、根据步骤1中的量测序列预测模型对量测噪声进行重构,获取重构后的量测噪声序列 ;

步骤3、利用步骤2中重构后的量测噪声序列 ,对量测噪声协方差 进行更新,以完成对组合导航数据的融合;

所述步骤1包括:

步骤11、给定 时刻前 个时刻的状态估计值序列和 时刻以及 时刻后 个时刻的量测估计值序列 ,对状态估计值序列进行经验模态分解EMD分解,得到高频本征模态函数 、中频本征模态函数 和低频本征模态函数 ;

步骤12、对步骤11中的高频本征模态函数 进行经验模态分解EMD分解,得到 个本征模态函数 ;将 个本征模态函数 、中频本征模态函数 和低频本征模态函数 组成新的本征模态函数分量集合;

步骤13、将步骤12中新的本征模态函数分量集合和步骤11中量测估计值序列 分别作为输入样本和输出样本对改进的门控循环单元GRU进行训练,得到量测序列预测模型。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述改进的门控循环单元GRU的获取方式为:在门控循环单元GRU中增加激活函数LeakyReLU,以对全连接层的输出进行约束;将损失函数Huber loss作为输出,并将其反馈至门控循环单元GRU的重置门和更新门,进行误差的反向传播,以得到改进的门控循环单元GRU;

激活函数LeakyReLU的表达式 为:;

其中, 表示输入量, 表示超参数;

损失函数Huber loss的表达式 为:;

其中, 表示模型的输出值, 表示真实值, 表示阈值参数。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤2包括:步骤21、将在 时刻累积的量测序列表示为 ,其中 表示在 时刻的 量测 , 表 示正 整数 ;将 时 刻前 个时 刻的 状态 估计 值序 列,经步骤1处理后并输入量测序列预测模型,得到预测的量测序列 ;根据预测的量测序列对 时刻累积的量测序列 进行扩展,得到扩展后的量测序列为 ;

步骤22、通过经验模态分解EMD对扩展后的量测序列 进行分解处理,分解得到的第一阶本征模态函数为 ,即重构的量测噪声序列 ,其中, 。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3包括:步骤31、利用重构后的量测噪声序列 ,对量测噪声协方差 进行更新计算,其计算的表达式为:;

其中, , 的取值范围为[0.99,0.999];

步骤32、给定一个组合导航系统的系统模型,其表达式为:;

;

其中, 表示在 时刻 维的状态量; 表示在 时刻 维的量测;

表示状态方程; 表示量测方程; 表示过程噪声; 表示量测噪声;

给定在 时刻过程噪声的协方差 、量测噪声的协方差 、状态量估计值和状态量误差协方差 的值;

首先,通过如下表达式计算容积点 :;

其中, , 表示乔列斯基分解; ,表示 维单位矩阵的第 列向量; ;

获取组合导航系统的预测状态 及其误差协方差 ,其表达式分别为:;

;

其中, ;

获取先验容积点误差矩阵 ,其表达式为:;

其中, , ;

对先验容积点误差矩阵 进行更新,其更新的表达式 为:;

获取用于近似似然函数的传播容积点 ,其表达式为:;

其中, 表示 的第 列向量, ;

然后,计算量测预测值 以及状态预测值和量测预测值之间的互协方差,其表达式分别为:

;

;

通过更新得到的量测噪声协方差 ,计算量测预测值误差的协方差 ,并更新状态估计值 及其误差协方差 ,其表达式分别为:;

;

;

其中, 表示卡尔曼增益,且 ; 表示 的转置矩阵;

最后,更新后验容积点误差矩阵 以及用于下一次组合导航数据融合的容积点 ,其表达式分别为:;

;

其中, 表示参数矩阵, 表示 的第 列向量, 。