自适应扩展卡尔曼滤波在卫星姿态确定系统中的应用

扩展卡尔曼滤波(以下简称EKF)算法应用于卫星姿态确定系统时需要已知精确的系统模型及过程噪声和观测噪声统计特性,并有计算量过大的问题。本文在EKF算法中加入噪声观测器,构成自适应扩展卡尔曼滤波算法(Adaptive Extended Kalman Filter,以下简称AEKF),使系统能够在传感器噪声统计特性未知的情况下,依然获得较高的系统状态估计精度,增强了系统的鲁棒性。并且AEKF算法简化了系统状态方程,相对于EKF算法减少计算量。经数学仿真验证,AEKF算法能较好地对传感器噪声的统计特性进行在线估计,使姿态确定系统正常工作,有较高的工程应用价值。     

自适应扩展卡尔曼滤波在卫星姿态确定系统中的应用

扩展卡尔曼滤波（以下简称EKF）算法应用于卫星姿态确定系统时需要已知精确的系统模型及过程噪声和观测噪声统计特性,并有计算量过大的问题。本文在EKF算法中加入噪声观测器,构成自适应扩展卡尔曼滤波算法（Adaptive Extended Kalman Filter,以下简称AEKF）,使系统能够在传感器噪声统计特性未知的情况下,依然获得较高的系统状态估计精度,增强了系统的鲁棒性。并且AEKF算法简化了系统状态方程,相对于EKF算法减少计算量。经数学仿真验证,AEKF算法能较好地对传感器噪声的统计特性进行在线估计,使姿态确定系统正常工作,有较高的工程应用价值。     

基于气动性能分析的高超声速滑翔飞行器轨迹估计

由于高超声速滑翔飞行器(HGVs)具有高速、高机动的特点,对此类目标的状态估计一直是一个研究热点。鉴于采用传统的运动学和动力学模型进行轨迹估计时加速度估计精度不高,提出一种基于气动性能分析的非线性气动参数目标估计模型。首先,在研究了高超声速滑翔飞行器跳跃再入段运动特性的基础上,以类HTV-2飞行器为研究目标,采用气动力估算方法对高超声速滑翔目标再入段的气动力进行计算分析。其次,建立与马赫数线性相关的气动参数"基准模型"和以一阶马尔可夫过程描述的气动参数"偏差模型",对目标气动参数进行非线性估计。数学仿真结果表明,该方法可以一定程度上提高卡尔曼滤波方法对该类目标的加速度估计精度。     

一种新的高超声速目标跟踪算法

针对高超声速目标飞行速度快、机动能力强,而经典跟踪模型难以准确描述目标机动时加速度动态特性的问题,提出了一种改进的交互式多模型跟踪算法.该算法引入参考加速度概念,可较准确地描述目标运动特性,并实时结合目标机动的先验信息和动态信息.仿真结果表明,所提出的方法在跟踪高超声速目标时,具有快速收敛、均方根误差小、跟踪精度高的特点,相比Singer-IMM算法,具有更强的适应性.     

基于Unscented卡尔曼滤波的目标跟踪仿真分析

卡尔曼滤波技术是目标跟踪的理论基础之一.在工程应用中,多采用非线性滤波的方法对目标进行跟踪.介绍了Unscented变换,通过使用Unscented卡尔曼滤波(UKF)对目标跟踪进行仿真实验,Un-scented卡尔曼滤波有效地克服了传统的扩展卡尔曼滤波算法(EKF)的缺陷.给出了最佳估计的二阶近似,提高了对目标跟踪的精度和稳定性.仿真结果表明,该算法对目标在位置、速度跟踪方面均有良好的效果;针对目标机动,采用多模型滤波算法能够实现目标机动的精确跟踪.     

临近空间高超声速武器防御及关键技术研究

临近空间高超声速武器是未来临近空间武器系统的重要组成部分,为了应对临近空间高超声速目标的威胁,必须发展和建立新型的武器防御系统。分析了临近空间防御系统的目标特性,研究了临近空间超高速飞行器的防御难点,提出了临近空间防御武器设想以及实现途径和关键技术,对发展临近空间超高速武器防御体系具有借鉴和指导意义。     

一种高超声速飞行器攻击意图预测方法

针对高超声速飞行器具有高机动性难以对其飞行轨迹进行预测的问题,提出一种基于高超声速目标运动特性的攻击意图预测方法。首先分析了高超声速飞行器的3种运动特性:飞行器运动状态的马尔可夫过程模型、航迹偏航角和可达区域; 然后采用动态贝叶斯网络的推理方法对高超声速飞行器与攻击目标之间的攻击关系进行推理,以实现攻击意图预测; 最后进行了仿真实验。实验结果表明, 基于运动特性的动态贝叶斯网络能够对攻击意图进行预测,提出的意图预测方法具有良好的实时性和有效性。     

基于RK-UKF算法的再入目标质阻比估计

针对再入目标质阻比实时估计的问题,根据目标的三维再入运动模型及量测模型,提出了一种基于龙格-库塔（Runge-Kutta）积分的不敏卡尔曼滤波（UKF）算法（RK-UKF）的再入目标质阻比估计方法,给出了RK-UKF算法与扩展卡尔曼滤波（EKF）算法和不敏卡尔曼滤波算法的仿真比较.仿真结果表明,RK-UKF算法可实现对再入目标的高精度跟踪和其质阻比快速稳定的估计.     

双基地前向散射栅栏雷达的目标运动参数估计

针对双基地前向散射栅栏雷达运动参数估计精度低、易发散的问题,在扩展卡尔曼滤波和不敏卡尔曼滤波基础上,提出了一种新的滤波跟踪算法U EKF.该算法利用不敏卡尔曼滤波对初始误差不敏感的特点实现目标初始捕捉,克服了扩展卡尔曼滤波由于初始估计误差较大而引起的发散问题;然后采用扩展卡尔曼滤波进行目标跟踪保持,克服了目标穿越雷达基线时不敏卡尔曼滤波由于对系统模型的误差敏感而引起估计精度低的问题.     

强干扰环境下水下纯方位PMHT多目标跟踪

针对强干扰环境水下纯方位多目标跟踪的非线性、不可观测性以及数据关联模糊等问题,基于期望极大化算法,结合扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)平滑算法和无味卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)平滑算法,提出了基于EKF和UKF的多传感器多目标纯方位概率多假设跟踪(probabilistic multiple hypothesis tracking,PMHT)算法。纯方位PMHT算法通过引入目标和量测数据之间的关联变量来解决量测与目标之间的数据关联模糊问题。简化了基于EKF平滑算法的多传感器纯方位PMHT算法,避免堆积每个传感器的合成量测,有效减小了运算量。仿真结果表明,在水下强干扰环境下,对于静止多观测站和机动单观测站,2种算法对多个交叉运动目标和邻近运动目标的航迹关联成功率高,抗干扰性能好,并且运算量小,证明了算法的有效性。     

一种U—D分解自适应推广卡尔曼滤波及应用

为了改善自适应卡尔曼滤波的数值稳定性和计算效率,防止滤波发散,本文在自适应推广卡尔曼滤波的基础上,利用U-D分解滤波,提出一种U-D分解自适应推广卡尔曼滤波新算法,并把该算法应用于飞行状态估计问題,仿真及实际飞行数据计算结果证明了本文方法的有效性.     

迭代中心差分粒子滤波的SLAM算法

为了提高SLAM算法中的位姿估计精度,通过在广泛使用的RBPF粒子滤波器中,利用迭代中心差分卡尔曼滤波器(ICDKF)来代替其中的扩展卡尔曼滤波器(EKF),并融合新的观测数据使提议分布更加接近后验概率分布,并且能够精确估计智能车辆的位姿,进而采用ICDKF算法更新特征地图的位置.该算法在保证定位精度的同时减少了计算的复杂度,提高系统的估计性能,增加了迭代算法的稳定性.仿真实验结果验证了迭代中心差分粒子滤波SLAM算法的有效性.     

Adaptive Extended Kalman Filtering for Bearings-Only Targets Tracking Problem

0INTRODUCTIONfileproblemofestimatingthestatesofatalgetfrompassivemeasurementshasgeneratedalotofinterestduetoitsapplicationsinship-trackingandhondng-missilegUidance.AdifficultyinobtaininggabestimatesforthetargetmotionanalysisarisesfromhavingtouseonlyangUlarobservations(inthecaseofpassivemeasurements)toextractinformationaboutfoepositions,velocitiesandthetargetaccelerations.Mathematically,thisI,rohlemcanbedescribedinaninertialrectangularcoordinateframebyalineardynamicalmodelandanonlinearobse…     

一种新的高动态全球定位系统频率估计算法

针对常用高动态全球定位系统频率估计算法扩展卡尔曼滤波(EKF)由于对模型进行简单线性化而造成的估计精度低与失锁门限高等缺陷,引入了一种新的线性滤波算法unscented卡尔曼滤波(UKF)进行频率估计．该算法不需要对非线性模型进行线性化,而是利用一系列Sigma采样点,通过unscented变换(UT)来进行状态与协方差阵的递推与更新．仿真实验结果表明新算法的估计精度远高于EKF,失锁门限也比EKF低约1dB,估计性能得到了改善．     

基于UKF的海底集矿车组合导航研究

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在海底集矿车组合导航系统应用时存在着计算复杂、线性化误差大等问题,基于附加打滑参数的履带车运动学模型,将无色卡尔曼滤波(UKF)用于集矿车长基线声学导航(LBL)与推算导航(DR)的组合导航系统中.考虑到测量数据时延,组合导航系统融合LBL与DR信息,得到海底集矿车位置估计.研究结果表明:采用EKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.14,0.32,0.48m,北向定位精度为0.13,0.28,0.44m;采用UKF方法,测量数据时延0,0.5,2s时,东向定位精度为0.10,0.26,0.37m,北向定位精度为0.09,0.24,0.34m.测量数据时延越短,EKF,UKF的位置估计效果都会越好.但与EKF方法相比,UKF方法能够明显减少组合导航系统的线性化误差,提高海底集矿车导航系统的精度与稳定性.     

基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机惯量补偿

针对扩展卡尔曼滤波估计算法在突加负载时存在抗扰性不足的问题,提出一种基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机惯量补偿方法。利用扩展卡尔曼滤波获取电机的位置与转速等状态参数,建立负载扰动观测器,对扰动惯量进行辨识并进行补偿。对比扩展卡尔曼滤波无速度传感器的永磁同步电机矢量控制的仿真结果表明,基于扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机惯量补偿的调速系统具有更好的抗扰性能和鲁棒性。     

A new extended H∞ filter for discrete nonlinear systems

Nonlinear estimation problem is investigated in this paper. By extension of a linear H∞ estimation with corrector-predictor form to nonlinear cases, a new extended H∞ filter is proposed for time-varying discretetime nonlinear systems. The new filter has a simple observer structure based on a local linearization model, and can be viewed as a general case of the extended Kalman filter (EKF). An example demonstrates that the new filter with a suitable-chosen prescribed H∞ bound performs better than the EKF.     

估计偏差修正扩展卡尔曼滤波新算法

针对扩展卡尔曼滤波跟踪器在非线性系统目标跟踪过程中容易发散这一难题,在时差频差测量体制下,提出了一种基于估计偏差修正的扩展卡尔曼滤波算法．首先利用加权最小二乘算法求解标准扩展卡尔曼滤波状态估计偏差并进行线性修正;然后重新计算观测矩阵并且再次进行滤波估计,以减小局部线性化截断误差对于观测矩阵的影响,提升目标状态跟踪精度．仿真结果证明了所提算法具有较好的目标跟踪性能．     

炮弹发射弹道目标精度校正估计仿真

针对全球定位系统、雷达和卡尔曼滤波等传统测量手段在弹道量测中面临的诸多问题,提出了超宽带技术与平方根无迹卡尔曼滤波方法相结合的弹道估计算法,通过试验与仿真对该算法进行了分析.结果表明,采用平方根无迹卡尔曼滤波进行估计时,运行时间低于扩展卡尔曼滤波,略高于无迹卡尔曼滤波,且位置和速度均方根误差均低于二者.将平方根无迹卡尔曼滤波应用于弹道估计问题中可取得更为有效、准确的估计结果.     

基于能观测性分析的机器人EKF-SLAM算法

针对传统EKF-SLAM算法中存在状态估计不一致的问题,从系统能观测性角度分析,提出一种增加观测性约束条件的算法,利用补偿矩阵U最优化求解约束条件,得到新的线性点,并通过优化系统的雅克比矩阵重构系统能观测矩阵,使得EKF-SLAM系统与非线性SLAM系统观测方程能观矩阵的秩保持一致.结果表明,所提出算法在状态估计的精确性和协方差一致性方面明显优于传统的EKF-SLAM算法,研究工作和结论对车辆自主驾驶有一定的参考价值.