Устройство для экстраполяции

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) 01) эсю06 Р 15/353 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 29А.А.Андреев ифровой обработ- А.В.Оппенгейма иионноиио",овы тео олока тско п) ьног тора.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРАПОЛЯЦИИсодерйащее фильтр Калмана (р+1)-гопорядка, информационный вход которого является информационным входомустройства,. р+ 1 усилителей, причемвыход ).-го (=1,р+ 1) усилителя соединен с -м входом сумматора, выходкоторого является информационнымвыходом фильтра, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности, в него введены ИфильтровКалмана 3-го порядка =р+2,р+И) порядка, Я накапливающих сумматоров,блок выбора минимального числа,Я коммутаторов и Иусилителей,причем 3-й (3=1, т+р ) информационный выход д-го (х=1, Н) фильтра Калмана соединен с 3-м информационнымвходом ь-го коммутатора, к=й (к=1,р+1) информационный выход которогообъединен с к-м информационным выходом ш-го(ш=,Н) коммутатора иподключен к входу к-го усилителя,(1=1,М) фильтра Калмана соединенс входом 1-го накапливающего сумматора, выход которого подключен кд-му входу блока выбора минимал очисла, 1-й выход которого подключенк управляющему входу ).-го коммута 1107137Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в радиотехнических системахнавигации летательных аппаратов дляпредсказания их траекторных параметров движения на участках маневра илив случае структурной неопределенности модели движения наблюдаемогообъекта, когда применяется полиномиальная аппроксимация измеряемыхнавигационных параметров на участках, длительность которых соизмеримас временем переходного процесса обрабатывающего рекуррентного Фильтра,Известны устройства для экстраполяции, содержащие умножители, сумматоры, элементы задержки г 11,1 О Недостаток таких устройств - низкая точность. 20Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсядискретный предсказывающий ФильтрКалмана, содержащий рекуррентныйсглаживающий фильтр Калмана с задан. - .ной размерностью вектора расстояния,соответствующее этой размерностиколичество усилителей и многовходовый сумматор, причем каждый выходсглаживающего Фильтра Калмана соединен с входом соответствующего емуусилителя, а выход каждого усщлителя соединен с одним из входов многовходового сумматора, выход которого является информационным выходомустройства Г 24,35Основной особенностью его использования является соответствие номинальной размерности вектора состояния степени полинома, аппроксимирую 40 щего входное воздействие. В случае нарушения этого соответствия точность прогноза, полученного на основе априорно заданной размерности вектора состояния фильтра, существенно от 45 личается от оптимальной.На практике обычно априорно известен лишь диапазон возможных степеней аппроксимирующего полинома всей совокупности реализаций входного воздействия. Кроме того, если длитель 50 ность наблюдаемого участка реализации, совокупность измерений на котором используется для построения предсказания, соизмерима со временем переходного процесса в применяемом55 Фильтре, степень прогнозирующего полинома, соответствующего минимальной ошибке предсказания, обычно меньше номинального значения для всейреализации входного воздействия,Поэтому при применении известногопредсказывающего Фильтра открытымостается вопрос об оптимальном выборе размерности прогнозирующегоустройства в процессе обработкиизмерений.Цель изобретения - повышение точности экстраполяции путем рационального выбора размерности прогнозирующего Фильтра в ходе обработкиизмерений,Для достижения поставленной целив устройство для экстраполяции,содержащее фильтр Калмана (р+ 1)-гопорядка, информационный вход которого является информационным входомустройства, р+1 усилителей, причем выход д-го (д=1,р+1) усилителясоединен с д-м входом сумматора, выход которого является информационнымвыходом фильтра, введены БФильтров Калмана 1-го Ц=р+2,р+И)порядка, И накапливающих сумматоров,блок выбора минимального числа,И коммутаторов и Иусилителей,причем 1-й (1=1, д-р) информационныйвыход д-го (д=1,) фильтра Калманасоединен с 1-м информационным входом д-го коммутатора, к-й (к=1,р+ 1)информационный выход которого объединен с к-м информационным выходомш-го (ш=д,И) коммутатора и подключенк входу к-го усилителя, (д+р+1)-йинформационный выход д-го (д=1,Б)фильтра Калмана соединен с входомд-го накапливающего сумматора, выиодкоторого подключен к д-му входу блокавыбора минимального числа, д-й выход которого подключен к управляюще 3му входу д-го коммутатора. На фиг.1 представлена структурная схема устройства для экстраполяции; на фиг.2 - структурная схема фильтра Калмана размерности М, на фиг.З структурная схема накапливающего сумматора (блока вычисления суммы квадратов невязок); на фиг.4 - структурная схема коммутатора с числом Я основных входов и выходов; на фиг.5 - зависимости среднеквадратических ошибок сглаживания для трех значений размерности вектора состояния фильтра.Устройство (фиг.1) содержит И фильтров Калмана 1-1, ,1-В, различающихся между собои размерностями1107векторов состояния соответственноот р+ 1 до р+И, И накапливающих сумматоров (блоков вычисления суммыквадратов невязок) 2, блок 3 выбораминимального числа, Б коммутаторов4-1, 4-й, р+М .усилителей 5-1, 5(рм), сумматор 6 с числом входовр+йФильтр Калмана (фиг. 2) порядкаМ (М=р+1,р+й) содержит вычитатель 1 О7, первую группу усилителей 8-1,8-М, первую группу сумматоров 9-1,9-М, гцуппу элементов задержки 10-110-М,Мгруппу усилителей по ш(в=1,М)усилителей в каждой 11-1-1,11-2-1, 1511-2-21 1- (М) -1, .,1 1- (М) -(М), вторую группу (многовходовых)сумматоров 12-112-М,Накапливающий сумматор 2(фиг.3)содержит квадратор 13, 1 регистров 20сдвига 14 и (1-1) сумматоров 15.Коммутатор 4-8(з=1,М)(фиг.4) содержит Я элементов И 16-1, ,16-8.Устройство работает следующимобразом. г 5Сигнал, соответствующий входномувоздействию ГЬ) в дискретные моментывремени с периодом , поступает навходы фильтров Калмана 1-1, 1 - И.Поступивший на вход каждого из этихфильтров порядка, например, М(р+1 М 6 рМ) сигнал попадает на первый вход вычитателя 7, на второй входкоторого поступает сигнал, соответствующий экстраполированному значению35оценки х (к) с предыдущего шага об 4 дработки, в результате чего на выходевычитателя 7 формируется сигнал невязки(к =Уйс)- хэ(к).40Этот сигнал проходит на дополнительный выход данного фильтра Калмана и на входы первой группы усилителей 8-1,8-М, где умножается на коэффициенты В, ,Всоответственно Выходные значения сигналов попадают на первые входы сумматоров 9-19-М первой группы, на вторые входы которых поступают сигналы экстраполированных значений из обратной связи50 хдз (к), ,хмэ (к) соответственно. Образованный сигнал каждой -й суммых(к) =Ц(к)-хз(кЯ В ф хэ(к) поступает на соответствующий -й выход основных выходов данного фильтра Калмана и соответствующий х-й элемент задержки 10-. Задержанные с предыдущего шага значения сигнала 137 4х.(к) для каждого 1=2,;.,М поступают на входы второй группы усилителей 1 1- (1-1 ) -1 11- ( 3.-1) - (1-1) данного Фильтра Калмана (при 1=1 сигнал х(к"1) поступает прямо на первый вход многовходового сумматора 12-1 и первый вход .-го многовходового сумматора 12-), второй группы сумматоров (при д=М сигнал хк) вместо подключения к входу отсутствующего сумматора 12-М второй группы используется в качестве сигнала обратной связи для второго входа сумматора 9-М) таким образом, что для. каждого д сигнал задержанного зна-чения подается на различное количество усилителей второй группы от их полного отсутствия при 1=1; одного 11-1-1 при 1=2, до (М)-го. 11- (М) -1 11- (М) - .(М) при 1=М. На второй группе усилителей данного фильтра Калмана значения сигналов умножаются на коэффициенты, вычисляющиеся согласно выражениюи-уй+)для каждого 11-(1-1)-3-го усилителя. Полученные с выходов второй группы усилителей сигналы комбинируются на входах второй группы многовходо - вых сумматоров 12-112-Мтаким образом, что сигнал с каждого 11 - (-1)-3-го усилителя попадает на один из входов (12-3)-го многовходового сумматора вторбй группы. Выходные сигналы каждого 12-1 12-(М)-го многовходового сумматора значения которых адекватныл экстраполированным параметрам х (к) лх (к) соответственно, подаются м-(эна вторые входы соответствующих им сумматоров 9-1,9-(М) первой группы. В результате на основных выходах 1,2,1-х данного Фильтра Калмана размерностью М образуются сигналы оценок составляющих вектора состояния х(к)хм(к) в соответстл,вии со следующими выражениями:хл(к)=0 М-хэ(к Ь хэ Ж,лхм(к)-(Ю-х (кЪВ+к Ж,лэ(к- х(к-).х,д-р+,(к-У Л 1-.,л лхэ(К:х( ,Поступившие с дополнительных выходов фильтров Калмана сигналы о значе. ниях невязок попадают на входы со"Патент", г, Ужгород, ул. Проектн лиал аказ 5761/35 ВНИИПИ Госуда по делам и 113035, Москва