綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，包含模型管理模塊、卡爾曼濾波計算模塊、輸出結(jié)果管理模塊、查詢分解模塊，卡爾曼濾波計算模塊根據(jù)模型管理模塊提供的模型相關數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波計算，輸出結(jié)果管理模塊保存卡爾曼濾波計算模塊的迭代計算結(jié)果，查詢分解模塊根據(jù)航空電子系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的需求將查詢請求發(fā)送給結(jié)果管理模塊以獲得所需的數(shù)據(jù)。本發(fā)明使用統(tǒng)一的卡爾曼濾波系統(tǒng)為各個子系統(tǒng)提供卡爾曼濾波服務，減小了系統(tǒng)的代碼量，在一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了系統(tǒng)計算資源的利用率。
【專利說明】綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種航空電子系統(tǒng)中的綜合方法，具體地說，涉及的是一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中卡爾曼濾波系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
【背景技術】
[0002]綜合模塊化航空電子(Integrated Modular Avionics, IMA)是繼聯(lián)合式航電架構之后的新的一種航電架構。這種架構的特點是實現(xiàn)了資源的共享、復用，藉此，大幅度的降低了航電系統(tǒng)的成本、重量。IMA架構的實現(xiàn)需要進行大量的綜合，特別是功能綜合。功能綜合的主要難點在于如何極大化的實現(xiàn)功能模塊的復用和信息數(shù)據(jù)的共享。航空電子系統(tǒng)中，如導航子系統(tǒng)、雷達跟蹤子系統(tǒng)、紅外跟蹤子系統(tǒng)等，都會用到卡爾曼濾波功能，每個子系統(tǒng)中一般都會有各自獨立的卡爾曼濾波模塊，這些各自獨立的模塊專為各自系統(tǒng)服務，互相之間不能互相替代。此外，各個卡爾曼濾波模塊在運行過程中會產(chǎn)生一些中間結(jié)果，這些結(jié)果可以用于進行，如機動檢測、濾波性能評估等，這些中間結(jié)果往往被丟棄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，解決了在IMA功能綜合過程中各個子系統(tǒng)共用卡爾曼濾波模塊以及在濾波過程中數(shù)據(jù)共享的問題。
[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0005]一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，包含模型管理模塊、卡爾曼濾波計算模塊、輸出結(jié)果管理模塊、查詢分解模塊:
[0006]所述模型管理模塊用于統(tǒng)一管理卡爾曼濾波的所有模型，卡爾曼濾波計算模塊通過向模型管理模塊提交所需的模型請求，模型管理模塊就會返回相應的模型相關數(shù)據(jù)；
[0007]卡爾曼濾波計算模塊根據(jù)模型管理模塊輸出的模型相關數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波迭代計算；
[0008]輸出結(jié)果管理模塊保存卡爾曼濾波計算模塊的迭代計算結(jié)果，提供查詢功能以及供卡爾曼濾波計算模塊及查詢分解模塊獲取所需的數(shù)據(jù)；
[0009]所述查詢分解模塊根據(jù)航空電子系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的需求將查詢請求發(fā)送給結(jié)果管理模塊以獲得所需的數(shù)據(jù)。
[0010]依據(jù)上述特征，所述卡爾曼濾波計算模塊包含狀態(tài)預測模塊、測量預測模塊、測量殘差模塊、狀態(tài)更新模塊、狀態(tài)預測方差模塊、測量殘差的方差模塊、濾波增益模塊和狀態(tài)方差更新模塊；
[0011]所述狀態(tài)預測模塊用于狀態(tài)的預測；
[0012]所述測量預測模塊用于測量的預測；
[0013]所述測量殘差模塊用于測量殘差；
[0014]所述狀態(tài)更新模塊用于當前估計狀態(tài)；[0015]所述狀態(tài)預測方差模塊用于狀態(tài)預測的方差；
[0016]所述測量殘差方差模塊用于測量殘差的方差；
[0017]所述濾波增益模塊用于濾波增益；
[0018]所述狀態(tài)方差更新模塊用于估計狀態(tài)的方差。
[0019]依據(jù)上述特征，所述輸出結(jié)果管理模塊包含有與卡爾曼濾波計算模塊中各個子模塊一一對應的輸出結(jié)果管理子模塊，具體包含狀態(tài)預測結(jié)果管理模塊、測量預測結(jié)果管理模塊、測量殘差結(jié)果管理模塊、狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊、狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊、測量殘差方差結(jié)果管理模塊、濾波增益結(jié)果管理模、狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊輸，輸出結(jié)果管理模塊還包含有濾波結(jié)果管理模塊，所述濾波結(jié)果管理模塊用來管理卡爾曼濾波一次迭代周期內(nèi)的結(jié)果，主要包括本次迭代中輸入的狀態(tài)、測量、狀態(tài)方差、模型以及本次迭代輸出的狀態(tài)、方差。
[0020]依據(jù)上述特征，所述輸出結(jié)果管理模塊存儲的結(jié)果數(shù)據(jù)的結(jié)構為:信息塊個數(shù)、每個信息塊所占字節(jié)大小、時間戳、所使用模型、輸入?yún)?shù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等，所述信息塊包含時間戳、得到該結(jié)果所使用的模型、得到該結(jié)果所使用的輸入?yún)?shù)、每個信息塊所占的字節(jié)大小
坐寸ο
[0021]依據(jù)上述特征，所述查詢分解模塊將查詢需求分解為一定順序構成的子查詢，按順序?qū)⒆硬樵儼l(fā)送給對應的輸出結(jié)果管理模塊中的各個子模塊以獲得所需的數(shù)據(jù)，在將查詢結(jié)果發(fā)送給需求者的同時該結(jié)果也會發(fā)送給濾波結(jié)果管理模塊進行緩存。
[0022]依據(jù)上述特征，所述查詢分解模塊接收到的查詢需求的結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、所使用模型、數(shù)據(jù)種類；查詢分解模塊發(fā)送的查詢需求結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、所使用模型；查詢分解模塊接收到查詢請求后，根據(jù)請求中的數(shù)據(jù)種類來制定一些列相應的子查詢。
[0023]依據(jù)上述特征，所述查詢分解模塊具體查詢過程包括以下步驟:
[0024]若航空電子系統(tǒng)中某子系統(tǒng)向查詢分解模塊發(fā)送查詢請求，若該查詢請求的類型是一次濾波請求，則查詢分解模塊將該查詢請求分解為一次濾波子查詢序列，包含以下步驟:
[0025]第一步，向濾波結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢需求，若所需結(jié)果存在則跳轉(zhuǎn)到第十一步，若不存在，轉(zhuǎn)到第二步；
[0026]第二步，濾波子查詢序列向狀態(tài)預測結(jié)果管理模塊發(fā)送請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)預測管理模塊向狀態(tài)預測模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0027]第三步，查詢分解模塊向測量預測結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量預測結(jié)果管理模塊向測量預測模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0028]第四步，查詢分解模塊向測量殘差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量殘差結(jié)果管理模塊向測量殘差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0029]第五步，查詢分解模塊向狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊向狀態(tài)預測方差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0030]第六步，查詢分解模塊向測量殘差方差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量殘差方差結(jié)果管理模塊向測量殘差方差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0031]第七步，查詢分解模塊向濾波增益結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則濾波增益結(jié)果管理模塊向濾波增益模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0032]第八步，查詢分解模塊向狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊向狀態(tài)方差更新模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0033]第九步，查詢分解模塊向狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊向狀態(tài)更新模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢；
[0034]第十步，將狀態(tài)濾波結(jié)果發(fā)送給濾波結(jié)果管理模塊進行緩存；
[0035]第H^一步，返回結(jié)果；
[0036]若航空電子系統(tǒng)中某子系統(tǒng)向查詢分解模塊發(fā)送查詢請求，若該查詢請求的類型是除一次濾波請求以外的請求， 則查詢分解模塊直接將請求轉(zhuǎn)換為相應的子查詢，相應的子查詢向相應的數(shù)據(jù)管理模塊發(fā)送查詢請求，相應的數(shù)據(jù)管理模塊若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，若不存在所需結(jié)果，則查詢分解模塊向任務返回查詢失敗狀態(tài)。
[0037]依據(jù)上述特征，各步驟中判斷是否存在所需結(jié)果具體包括以下步驟:
[0038]a)輸出結(jié)果管理模塊根據(jù)查詢需求中的所使用模型和輸入?yún)?shù)查找輸出結(jié)果中是否有符合查詢需求的結(jié)果；
[0039]b)若有符合需求的結(jié)果，則比較結(jié)果中的時間戳和查詢需求中的時間戳，看結(jié)果是否超過保質(zhì)期；
[0040]c)若有多個符合條件的結(jié)果則選擇結(jié)果時間戳最新的結(jié)果進行輸出。
[0041]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于改變了綜合模塊化航電中各個子系統(tǒng)使用自己特制的卡爾曼濾波模塊的狀態(tài)，使用統(tǒng)一的卡爾曼濾波系統(tǒng)為各個子系統(tǒng)提供卡爾曼濾波服務，減小了系統(tǒng)的代碼量，在一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了系統(tǒng)計算資源的利用率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明查詢分解模塊一次濾波迭代周期的流程圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做一詳細描述。
[0045]如圖1所示，本發(fā)明一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，包含模型管理模塊、卡爾曼濾波計算模塊、輸出結(jié)果管理模塊、查詢分解模塊。
[0046]所述模型管理模塊用于統(tǒng)一管理卡爾曼濾波的所有模型，卡爾曼濾波計算模塊通過向模型管理模塊提交所需的模型請求，模型管理模塊就會返回相應的模型相關數(shù)據(jù)。模型管理模塊，是用來管理卡爾曼濾波中可能用到的一些濾波模型。該模塊輸入為模型類型標號和模型初始化參數(shù)，輸出為相應的濾波模型。通?？柭鼮V波可能使用的模型有常速模型、常加速模型、Singer模型以及當前模型等。由于卡爾曼濾波是線性濾波，所以這些模型可以以矩陣的方式來進行描述。存儲這些模型所對應的矩陣模板，然后根據(jù)輸入的參數(shù)就可以生成所需的濾波模型。
[0047]卡爾曼濾波計算模塊根據(jù)模型管理模塊輸出的模型相關數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波迭代計算。卡爾曼濾波功能的是通過按照指定的順序向不同模塊發(fā)送相應的數(shù)據(jù)和處理請求的方式來最終實現(xiàn)?？柭鼮V波計算模塊包含狀態(tài)預測模塊、測量預測模塊、測量殘差模塊、狀態(tài)更新模塊、狀態(tài)預測方差模塊、測量殘差的方差模塊、濾波增益模塊和狀態(tài)方差更新豐吳塊。
[0048]這些模塊是卡爾曼濾波功能實現(xiàn)必不可少的功能模塊。
[0049]假設當前時刻為k，對應的模型號為M，濾波模型M對應模型矩陣分別為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣F，輸入矩陣G，過程噪聲方差矩陣Q，測量噪聲方差矩陣R，這些模型矩陣可以通過向模型管理模塊輸入模型號和相應的模型參數(shù)而得到。下面介紹各個功能模塊的輸入、輸出和功能:
[0050](A)狀態(tài)預測模塊的輸入是當前的估計狀態(tài)以及模型編號M，估計狀態(tài)記為X(k|k)，這里A (i |j)表示在j時刻估計的i時刻的A的值。狀態(tài)預測模塊的功能是根據(jù)當前輸入狀態(tài)X(k)和模型，預測下一時刻，即k+Ι時刻的狀態(tài)，記為X (k+l|k)其中
[0051]X (k+11 k) =F (k) x (k | k)+G (k) u (k)。
[0052](B)測量預測模塊的輸入是相應的模型號M和在k時刻對k+Ι時刻的狀態(tài)的預測，即X (k+11 k)。狀態(tài)預測模塊的功能是根據(jù)輸入的模型M和X (k+11 k)預測k+Ι時刻的測量值，即z (k+1 |k)其中
[0053]z (k+11 k) =H (k+1) X (k+11 k)。
[0054](C)測量殘差模塊的輸入是下一時刻的測量值z (k+Ι)和z (k+1 I k)。測量殘差模塊的輸出是k+Ι時刻的測量殘差v(k+l)其中
[0055]V (k+1) =z (k+1)-Z (k+11 k)。
[0056](D)狀態(tài)預測方差模塊的輸入是模型和當前時刻狀態(tài)方差P (k)，輸出是在當前k時刻對k+Ι時刻狀態(tài)方差的預測，即，P (k+11 k)其中
[0057]P (k+11 k) =F (k) P (k) F (k) ’ +Q (k)。
[0058](E)測量殘差方差模塊的輸入是模型和在當前k時刻對k+Ι時刻狀態(tài)方差的預測P (k+11 k)。輸出是k+1時刻測量殘差的方差，記為S (k+Ι)其中
[0059]S (k+1) =R (k+1) +H (k+1) P (k+11 k) H (k+1)，。
[0060](F)濾波增益模塊的輸入是模型和測量殘差方差S (k+Ι)以及在當前k時刻對k+1時刻狀態(tài)方差的預測P (k+11 k)。輸出是k+1時刻濾波增益W(k+1)其中
[0061 ] W (k+1) =P (k+11 k) H (k+1) ’ S (k+1)-1。
[0062](G)狀態(tài)更新模塊的輸入是在k時刻對k+Ι時刻的狀態(tài)的預測X (k+11 k)、k+l時刻增益和k+1時刻的測量殘差。輸出是在k+1時刻對k+1時刻的狀態(tài)的估計，記為X (k+11 k+1)其中[0063]X (k+11 k+1) =x (k+11 k) +W (k+1) v (k+1)。
[0064](H)狀態(tài)方差更新模塊的輸入是k+1時刻的增益W(k+1)、k+1時刻的殘差方差S (k+Ι)和k+Ι時刻的增益W(k+1)。輸出是k+Ι時刻所估計的狀態(tài)的方差P (k+1)
[0065]P (k+1) =P (k+11 k) -W (k+1) S (k+1) W (k+1) ’。
[0066]所述的輸出結(jié)果管理模塊用來管理卡爾漫濾波計算模塊輸出的結(jié)果，包含:狀態(tài)預測結(jié)果管理模塊；測量預測結(jié)果管理模塊；測量殘差結(jié)果管理模塊；狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊；狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊；測量殘差方差結(jié)果管理模塊；濾波增益結(jié)果管理模；狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊輸?？柭鼮V波計算模塊中的各個子模塊對應一個輸出結(jié)果管理模塊的子模塊。每個輸出結(jié)果管理子模塊具有一個數(shù)據(jù)緩存隊列用來存儲對應模塊輸出的結(jié)果。數(shù)據(jù)緩存隊列可以是循環(huán)隊列或鏈表式的隊列。數(shù)據(jù)緩存隊列只緩存一定時間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，時間范圍可根據(jù)具體情況對每個輸出結(jié)果管理模塊進行指定或者在運行過程中動態(tài)修改，超過指定的時間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)會被自動從緩存隊列中清除。
[0067]每個輸出結(jié)果管理子模塊負責在一定時間段內(nèi)保存對應模塊的輸出結(jié)果,輸出結(jié)果管理模塊可提供查詢功能以供其他模塊從相應結(jié)果模管理模塊獲取所需的數(shù)據(jù)，包括結(jié)果的查找、刪除和將參數(shù)發(fā)送給對應功能模塊并啟動對應的功能模塊進行運算然后回傳計算結(jié)果等。
[0068]卡爾曼濾波計算模塊的各個子模塊的輸出結(jié)果在發(fā)送給對應的輸出結(jié)果管理模塊的子模塊后，結(jié)果管理模塊會對數(shù)據(jù)增加一些額外信息塊后將該數(shù)據(jù)塊存儲在各自的隊列里，所增加的這些信息塊包括:時間戳(用來記錄數(shù)據(jù)的輸出時間)、得到該結(jié)果所使用的模型、得到該結(jié)果所使用的輸入?yún)?shù)、每個信息塊所占的字節(jié)大小等。結(jié)果管理模塊中存儲的結(jié)果數(shù)據(jù)的結(jié)構為:信息塊個數(shù)、每個信息塊所占字節(jié)大小、時間戳、所使用模型、輸入?yún)?shù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等。當查詢需求發(fā)送給結(jié)果管理模塊，查詢需求中的參數(shù)主要有所使用模型、輸入?yún)?shù)、時間戳、保質(zhì)期等。發(fā)送給結(jié)果管理模塊的查詢需求結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、模型、輸入?yún)?shù)。結(jié)果管理模塊根據(jù)查詢需求中的所使用模型和輸入?yún)?shù)查找隊列中是否有符合查詢需求的結(jié)果，若有符合需求的結(jié)果，則比較結(jié)果中的時間戳和查詢需求中的時間戳，看結(jié)果是否超過保質(zhì)期，若有多個符合條件的結(jié)果則選擇結(jié)果時間戳最新的結(jié)果進行輸出。若未查找到符合需求的結(jié)果或雖找到結(jié)果但結(jié)果已經(jīng)過了保質(zhì)期，則結(jié)果管理模塊將查詢需求中的模型和輸入?yún)?shù)發(fā)送給對應的功能模塊，啟動功能模塊進行計算，待功能模塊計算完畢后，將結(jié)果發(fā)送查詢需求的發(fā)送者。
[0069]所述查詢分解模塊是用來對發(fā)送給卡爾曼濾波系統(tǒng)的查詢需求進行分解的模塊，該模塊將查詢需求分解為一定次序構成的子查詢，并順序的將子查詢發(fā)送給對應的結(jié)果管理模塊以獲得所需的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)交互和任務分解模塊接收到的查詢需求的結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、所使用模型、數(shù)據(jù)種類等。查詢分解模塊發(fā)送的查詢需求結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、所使用模型。查詢分解模塊接收到查詢請求后，若根據(jù)請求中的數(shù)據(jù)種類來制定一些列相應的子查詢。
[0070]所述輸出結(jié)果管理模塊中還包含濾波結(jié)果管理模塊，用來管理卡爾曼濾波一次迭代周期內(nèi)的結(jié)果，主要包括本次迭代中輸入的狀態(tài)、測量、狀態(tài)方差、模型以及本次迭代輸出的狀態(tài)、和方差。該模塊與其他管理模塊類似會適用隊列等存儲結(jié)構緩存一定時間內(nèi)的濾波結(jié)果。[0071]查詢分解模塊若收到的查詢需求如果是卡爾曼濾波的一次迭代周期內(nèi)的輸出結(jié)果，則該查詢需求對應的子查詢會首先在濾波結(jié)果管理模塊中進行查找。若未找到所需數(shù)據(jù)，則會進行一系列的子查詢以得到所需結(jié)果，在將查詢結(jié)果發(fā)送給需求者的同時該結(jié)果也會發(fā)送給濾波結(jié)果管理模塊進行緩存。在濾波結(jié)果管理模塊收到需要緩存的數(shù)據(jù)時，會進行相應比較以避免數(shù)據(jù)的重復存儲。
[0072]—次濾波迭代周期的工作過程如圖2所示，航空電子系統(tǒng)中某子系統(tǒng)向查詢分解模塊發(fā)送查詢請求，若該查詢請求的類型是一次濾波請求，則查詢分解模塊將該查詢請求分解為一次濾波子查詢序列。
[0073]第一步，向濾波結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢需求，若所需結(jié)果存在則跳轉(zhuǎn)到第十一步，若不存在，轉(zhuǎn)到第二步。
[0074]第二步，濾波子查詢序列向狀態(tài)預測結(jié)果管理模塊發(fā)送請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)預測管理模塊向狀態(tài)預測模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0075]第三步，查詢分解模塊向測量預測結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量預測結(jié)果管理模塊向測量預測模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0076]第四步，查詢分解模塊向測量殘差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量殘差結(jié)果管理模塊向測量殘差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并 用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0077]第五步，查詢分解模塊向狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊向狀態(tài)預測方差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0078]第六步，查詢分解模塊向測量殘差方差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量殘差方差結(jié)果管理模塊向測量殘差方差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0079]第七步，查詢分解模塊向濾波增益結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則濾波增益結(jié)果管理模塊向濾波增益模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0080]第八步，查詢分解模塊向狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊向狀態(tài)方差更新模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0081]第九步，查詢分解模塊向狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊向狀態(tài)更新模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢。
[0082]第十步，將狀態(tài)濾波結(jié)果發(fā)送給濾波結(jié)果管理模塊進行緩存。
[0083]第^^一步，返回結(jié)果。
[0084]若某任務向查詢分解模塊發(fā)送查詢請求，若該查詢請求的類型是除一次濾波請求以外的請求，如狀態(tài)預測請求、測量預測請求、測量殘差請求等，則查詢分解模塊直接將請求轉(zhuǎn)換為相應的子查詢，相應的子查詢向相應的數(shù)據(jù)管理模塊發(fā)送查詢請求，相應的數(shù)據(jù)管理模塊若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，若不存在所需結(jié)果，則查詢分解模塊向若航空電子系統(tǒng)中某子系統(tǒng)返回查詢失敗狀態(tài)。
【權利要求】
1.一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，包含模型管理模塊、卡爾曼濾波計算模塊、輸出結(jié)果管理模塊、查詢分解模塊，其特征在于: 所述模型管理模塊用于統(tǒng)一管理卡爾曼濾波的所有模型，卡爾曼濾波計算模塊通過向模型管理模塊提交所需的模型請求，模型管理模塊就會返回相應的模型相關數(shù)據(jù)； 卡爾曼濾波計算模塊根據(jù)模型管理模塊輸出的模型相關數(shù)據(jù)進行卡爾曼濾波迭代計算； 輸出結(jié)果管理模塊保存卡爾曼濾波計算模塊的迭代計算結(jié)果，提供查詢功能以及供卡爾曼濾波計算模塊及查詢分解模塊獲取所需的數(shù)據(jù)； 所述查詢分解模塊根據(jù)航空電子系統(tǒng)中各子系統(tǒng)的需求將查詢請求發(fā)送給結(jié)果管理模塊以獲得所需的數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，其特征在于所述卡爾曼濾波計算模塊包含狀態(tài)預測模塊、測量預測模塊、測量殘差模塊、狀態(tài)更新模塊、狀態(tài)預測方差模塊、測量殘差的方差模塊、濾波增益模塊和狀態(tài)方差更新模塊； 所述狀態(tài)預測模塊用于狀態(tài)的預測； 所述測量預測模塊用于測量的預測； 所述測量殘差模塊用于測量殘差； 所述狀態(tài)更新模塊用于當前估計狀態(tài)； 所述狀態(tài)預測方差模塊用于狀態(tài)預測的方差； 所述測量殘差方差模塊 用于測量殘差的方差； 所述濾波增益模塊用于濾波增益； 所述狀態(tài)方差更新模塊用于估計狀態(tài)的方差。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，其特征在于輸出結(jié)果管理模塊包含有與卡爾曼濾波計算模塊中各個子模塊一一對應的輸出結(jié)果管理子模塊，具體包含狀態(tài)預測結(jié)果管理模塊、測量預測結(jié)果管理模塊、測量殘差結(jié)果管理模塊、狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊、狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊、測量殘差方差結(jié)果管理模塊、濾波增益結(jié)果管理模、狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊輸，輸出結(jié)果管理模塊還包含有濾波結(jié)果管理模塊，所述濾波結(jié)果管理模塊用來管理卡爾曼濾波一次迭代周期內(nèi)的結(jié)果，主要包括本次迭代中輸入的狀態(tài)、測量、狀態(tài)方差、模型以及本次迭代輸出的狀態(tài)、方差。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，其特征在于所述輸出結(jié)果管理模塊存儲的結(jié)果數(shù)據(jù)的結(jié)構為:信息塊個數(shù)、每個信息塊所占字節(jié)大小、時間戳、所使用模型、輸入?yún)?shù)、結(jié)果數(shù)據(jù)等，所述信息塊包含時間戳、得到該結(jié)果所使用的模型、得到該結(jié)果所使用的輸入?yún)?shù)、每個信息塊所占的字節(jié)大小等。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，其特征在于查詢分解模塊將查詢需求分解為一定順序構成的子查詢，按順序?qū)⒆硬樵儼l(fā)送給對應的輸出結(jié)果管理模塊中的各個子模塊以獲得所需的數(shù)據(jù)，在將查詢結(jié)果發(fā)送給需求者的同時該結(jié)果也會發(fā)送給濾波結(jié)果管理模塊進行緩存。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，所述查詢分解模塊接收到的查詢需求的結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、所使用模型、數(shù)據(jù)種類；查詢分解模塊發(fā)送的查詢需求結(jié)構包括:時間戳、保質(zhì)期、所使用模型；查詢分解模塊接收到查詢請求后,根據(jù)請求中的數(shù)據(jù)種類來制定一些列相應的子查詢。
7.根據(jù)權利要求5所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，其特征在于查詢分解模塊具體查詢過程包括以下步驟: 若航空電子系統(tǒng)中某子系統(tǒng)向查詢分解模塊發(fā)送查詢請求，若該查詢請求的類型是一次濾波請求，則查詢分解模塊將該查詢請求分解為一次濾波子查詢序列，包含以下步驟: 第一步，向濾波結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢需求，若所需結(jié)果存在則跳轉(zhuǎn)到第十一步，若不存在，轉(zhuǎn)到第二步； 第二步，濾波子查詢序列向狀態(tài)預測結(jié)果管理模塊發(fā)送請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)預測管理模塊向狀態(tài)預測模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第三步，查詢分解模塊向測量預測結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量預測結(jié)果管理模塊向測量預測模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第四步，查詢分解模塊向測量殘差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量殘差結(jié)果管理模塊向測量殘差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第五步，查詢分解模塊向狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)預測方差結(jié)果管理模塊向狀態(tài)預測方差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第六步，查詢分解模塊向測量殘差方差結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則測量殘差方差結(jié)果管理模塊向測量殘差方差模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第七步，查詢分解模塊向濾波增益結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則濾波增益結(jié)果管理模塊向濾波增益模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第八步，查詢分解模塊向狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)方差更新結(jié)果管理模塊向狀態(tài)方差更新模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第九步，查詢分解模塊向狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊發(fā)送查詢請求，若不存在所需結(jié)果，則狀態(tài)更新結(jié)果管理模塊向狀態(tài)更新模塊發(fā)送處理請求，若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，并用以進行濾波子查詢序列的下一步子查詢； 第十步，將狀態(tài)濾波結(jié)果發(fā)送給濾波結(jié)果管理模塊進行緩存； 第十一步，返回結(jié)果； 若航空電子系統(tǒng)中某子系統(tǒng)向查詢分解模塊發(fā)送查詢請求，若該查詢請求的類型是除一次濾波請求以外的請求，則查詢分解模塊直接將請求轉(zhuǎn)換為相應的子查詢，相應的子查詢向相應的數(shù)據(jù)管理模塊發(fā)送查詢請求，相應的數(shù)據(jù)管理模塊若存在所需結(jié)果，則結(jié)果返回到查詢分解模塊，若不存在所需結(jié)果，則查詢分解模塊向任務返回查詢失敗狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種綜合模塊化航空電子系統(tǒng)中的卡爾曼濾波系統(tǒng)，其特征在于各步驟中判斷是否存在所需結(jié)果具體包括以下步驟: a)輸出結(jié)果管理模塊根據(jù)查詢需求中的所使用模型和輸入?yún)?shù)查找輸出結(jié)果中是否有符合查詢需求的結(jié)果； b)若有符合需求的結(jié)果，則比較結(jié)果中的時間戳和查詢需求中的時間戳，看結(jié)果是否超過保質(zhì)期； c)若有多個符合條 件的結(jié)果則選擇結(jié)果時間戳最新的結(jié)果進行輸出。
【文檔編號】G06F17/30GK103761267SQ201410004214
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權日:2014年1月6日
【發(fā)明者】王國慶, 翟鳴, 谷清范 申請人:中國航空無線電電子研究所