Модифицированный нелинейный фильтр калмана — SU 1619377 (original) (raw)
16193 1)5 Н 03 Н 21/00 ГОС ьие ИДЕТЕЛЬСТВЪ Г. Щебанов,рый тельство СССР Н 21/00, 1986 ЫЙ НЕЛИНЕЙНЫЙ ится к радиония - повышениеодифицированный УДАРСТНЕИЯЬ 1 Й НОМИТЕТ ИЭОБРЕ.7 ВЮЫЯ И ОТНРЫТИЯМГРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение отнотехнике, Цель изобретточности Фильтрации. ОБРЕтения нелинейный фильтр Калмана содержисумматоры 1 11, 14 и 20, умножители2, 3, 7, 8 и 21, блоки 4, 5, 9 и 10сравнения, вычитатели 6, 15 и 22, делитель 12 постоянных коэффициентов,блок 13 памяти, блок 13 памяти, матричные умнояители 16 и 18, блок элементов 17 задержки, регистр 19 памяти, г-р 23 тактовых импульсов и блокэлементов ИЛИ 24. Цель достигаетсяпутем обеспечения уменьшения систематических погрешностей измерений Физических параметров. 3 ил.Изббретение относится к радиотехнддке н г;о);е 7 быть ггспог дзовано в радиотехнических устройствах для фильтрации результатов измерений физичес 5 кого параметра.Цель изобретения является повышение точности фильтрации путем уменьшения систематических погрешностей измерений Физических параметров.На Фиг. 1 представлена Функциональная схема модифицированного нелинейного Фильтра Калмана; на Фиг, 2 - временные диаграммы; на Фиг. 3 - схема блока сравнения, 15Модифицированный нелинейный Фильтр Калмана (Фиг. 1) содержит второй сумматор 1, второй 2 и четвертьй 3 умно)глгтЕлИ,. первьй 4 и третий 5 блоки сравнения, второй вычитатель 6, третий 7 и пятый 8 умножители, второй 9 и четвертьй 10 блоки сравнения, четгертьй сумматор 11 и делитель 12 по,-:тоянных коэффициентов, блок 13 памяти, третий сугюгатор 14, третий вычитатель 15, первьй матричньй умножитель 16, блок 17 элементов задержки, второй матричный умножитель 18, регглстр 19 паьгяти, первый сумматор 20,. первый умножитепь 21, первый вычитаталь 22, генератоо 23 тактовых импульсов (, ТИ) блок 24 элементов ИЛИ.Блоки (4 5 9, 10) сравнения (Фиг, 3) содержат элемент 25 сравнен.гя (ггифровой компаратор) и коммутагор 26, Фильтр имеет вход Сброс мо35 дифицированного нелинейного Фильтра 27 команды (Фиг, 2 а)дМодифицированньй нелинекньй фильтр Калмана работает следующим образом.В исходном состоянии все регистры Фильтра обнулены, а в блок 13 памяти, включаицггй трн регистра записаны значения априорных систематических погрешностей Д и начальное значение45 оцениваемого параметра фильтра к (два регистра постоянной памяти), а в третий (регистр сдвига) записачы коэффициенты усиления априорно обусловленного фильтра Калмана К;пг) .Входной сигнал е(;) представляет собой значение измеренного физическоэ параметра в цифровом параллельном двоичном коде, первьй разряд отводится для признака информации (импульсеа55 сопровождения инФормации) . Значение физического параметра з(1;) поступает на сумматор 1 и вычитатель 6, а импульс сопровождения информации (Фиг. 2 б) запускает ГТИ (23), с второго выхода которого поступает импульс разрешения считывания д (фиг. 2 в),она первый вход блока 13 памяти, с вто"- рого выхода которого начальное значение гд через блок элементов ИЛИ 24 записйвается в регистр 19 памяти посредством подачи с первого выхода ГТИ 23 тактовых импульсов (фиг; 2 г), на вход разрешения записи регистра 19 памяти. Значение я поступает на блок 17 линии задержки и далее на матричньй умножитель 18, на выходе которого Формируется значение ц(;Й;,). К моменту прихода последующего входного сигнала я(С ) оно поступает на сумма 1тор 20, а через матричный умножитель 16 Формирует значение у (1;/С;,), коФторое подается на первый вход вычитателя 22 и на вторые входы сумматора 14 и вычитателя 15.В то же время четвертьй тактовый импульс (Фиг. 2 д) поступает с третьего выхода ГТИ 23 на второй и третий входы считывания коэффициентов 5 и К,.Значения Д записываются в блок 13 памяти до начала работы и определяются из выражениягде ш - максимально возможная систе- .матическая погрешность входного сигнала е, она постоянна и не зависит от моментавращения6 - среднее квадратичное отклонение случайного входного сигнала г(с), распределение вероятностей которого считаетсянормальным.Значения коэффициентов усиления К записанные в блок 13 памяти до начала работы, определяются расчетным путем из выраженияК; = (С;)Н(ц)И (;),где )(д,) = ГФй, lд).,)О(д;,Ф 111//е;., Я+н(е; ) ы(е; ) н(с;;Н(Е,), Ф (й;/Е), И(С) матрицаизмерений, переходная матрица и ковариационная матрица шумов измерений соответственно.Если число рассчитанных коэффициентов К окажется меньше общего числа77 6ляющая собой оценку нелинейного преобразователя входного сигнала г(С,):- 1, 2, у = 1, 2. 55 .,+ +(1 Ф 1/ ф ) Н( 4+)( ем/ ) фкоторый подается иа сумматоры 14 и;5, и Фильтр оказывается подготовленным к следующему циклу работы,516193 поступивших значений измеряемого па - раметра г(,), т.е. если ш с п, то для всех ш сс и К," = К . Таким образом для каждого значения вхадноЭ5 го сигнала г(,), начиная с второго и заканчивая г(я), будут подаваться 5 на блоки 1, 6, 14, 15 и К,; на ум- ножитель 21.Фильтрация сигнала г(с ) заключается в следующем. Ба первые входы сумматора 1 и вычитателя 6 поступает входной сигнап г(1;) в двоичном параллельном коде, а на вторые входы поступают коды допустимых значений погреш ностей входного сигнала й.На выходе сумматора 1 и вычитателя 6 формируются коды со значениями г 1 = г(е;) + 6 и г = г - соответственно. Эти коды поступают на умно жители 2, 3 и 7, 8.Аналогично с помощью блока 13 памяти, сумматора 14, вычитателя 15 и выходного сигнала у (,/;,) матричного умножителя 16 формируются коды 25 со значениями у = у 4(,/1;,) +и У = У (,С; ) - А, которые также поступают на умножители 2, 3, 7 и 8С выходов умножителей 2, 3, 7 и 8 сигналы в виде параллельных двоичных 0 кодов поступают на двухкаскадную схему сравнения, состоящую из четырех блоков 4, 9, 5 и 10 сравнения и позволяющую выделить максимальное и мичимальное значения парных произведений гу, г,у, г,у, г,у, (фиг. 3). Эта часть схемы работает следующим образам.Ла блоки 4 и 9 сравнения представляющие собой первый каскад схемы сравнения, поступают кеды, численные зна ения которых равны еуу г у и г,у г,у, соответственно. На выходе Формируются максимальные (первые выходы) и минимальные (вторые инверсные выходы) значения парных произведенчй величин г и у , которые в виде двоичФных параллельных кодов поступают на второй каскад схемы сравнения, при этом максимальные значения подаются на вход блока 5 сравнения, а минималь ные значения - на входы блока 10, сравнения. В результате на выхсде блока 5 формируется максимальное значение, а на выходе блока 10 - минимальное значение парных произведений величин г и у, которые поступают нафпоследовательно соединенные сумматор 11 и делитель 12, на выходе которого Формируется оценка г (;), представ+, шах(гну) + нпп(гр .ф) 1 2 ф На первый вход вычитателя 22 поступает с матричного умножителя 16 код параметра у (С;/й;,), а на второй - код параметра гф(С). На выходе вычитателя 22 формируется сигнал невязки Ьгй) =г И) -у И/Е;,),;,Ф Сигнал невязки Ь г(С;) поступает с выхода вычитателя 22 на первый вход умножителя 21, на второй вход которого поступает храняп;ийся в блоке 15 памяти коэффициент усиления К(С,).С выхода умноллтеля 21 сигнал по" ступает на первый вход сумматора 20, на второй вход которого с выхода матричного умножителя 18 поступает корректирующий сигнал аф( й;,).С выхода сумматора 20 сигнал я (1-) поступает на вход регистра 19, запись информации происходит при появлении на его входе тактового импульса (Фиг. 2 г), и таким образом формируется выходной сигнал модифицированного нелинейного Фильтра Калмана д+(С;) в виде параллельного двоичного кода.Этот же сигнал используетсч в цепи обратной связи Фильтра. Он подается на вход блока 17 элементов задержки, осуществляющего задержку на один такт, Сигнал с выхода блока 17 элементов задержки используется для получения в матричном умножителе 18 корректирующего сигнала 8(Ь ,/С), равного Этот сигнал поступает на вход матричного умножителя 16, в котором производится вычисление сигналаФормула изобретенияМодифицированный нелинейный Фильтр Калмана, содержащий последовательно соединенные первые вычитатель умножитель и сумматор, блок элементов ИЛИ, последовательно соединенные регистр памяти, выход которого является выходом модифицированного нелинейного фильтра Калмана, блок задержки, вто О рой матричный умножитель, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, и первый матричный умно- житель, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, второй выход которого подключен к первому вхоцу регистра памяти, и блок памяти постоянных коэффициентов, первый выход которого подключен к второму входу первого умножителя, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьдпения точности фильтрации путем уменьшения систематических погрешностей измерений Физических параметров, введены последовательно соединенные 25 второй сумматор, второй умножитель, первый блок сравнения и третий блок сравнения, последовательно соединенные второй вычитатель к первому входу которого и первому входу второго сумматора, являющихся входом модифицированного нелинейного Фильтра Калмана, под" ключен вход запуска генератора тактовых импульсов, третий умножитель, вто-рой блок сравнения, прямой выход ко 35 торого подключен к второму входу третьего блока сравнения, и четвертый блок сравнения, к второму входу которого подключеч и:версньй выход первого блока сравнения, и".следе вате.ьнссоединенные четвертый сумматор, к вхс.дам которого подключены соответственно прямой выход третьего блока сравнения и инверсный выход четвертого блока сравнения, и делитель частоты, выход которого подключен к первому входу первого вычитателя, к второму входу которого подключен выход первогоматричного умножителя, а также третийсумматор, выход которого подключен квторым входам второго и третьего умножителей, последовательно соединенныетретий вычитатель,к первому входу которого и первому входу третьего сумматора подключен выход первого матриччого умножителя, и пятый умиритель, выход которого подключен к второму входу второго блока сравнения, .четвертыйумножитель, выход которого подключенк второму входу первого блока сравнения, при этом выход первого сумматора подключен к второму входу регистра памяти через элемент ИЛИ, к второму входу которого подключен второйвыход блока памяти постоянных коэффициентов, третий выход которого подключен к вторым входам второго вычитателя, выход которого подключен квторому входу пятого умножителя, второго сумматора, выход которого подключен к первому входу четвертого умножителя, третьего сумматора и третьего вычитателя, выход которого под"ключен к второму входу четвертого умножителя.1619377 Составитель Л. ТиТехред Л,олийнык шин азаренко рняк ррек еда о к В оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 53 Тираж Государственного комитета по из 113035, Москва, Жретениям и открытиям при ГКНТ ССС ушская наб., д. 4/5