变维卡尔曼滤波算法在车辆导航系统中的应用

对GPS车辆定位中常用的卡尔曼滤渡技术的扩展与应用进行研究，针对车辆机动目标给出变维卡尔曼滤波（VD-kalman）算法，避免可能产生的发散情形。仿真结果表明该方法能够有效的提高滤波数值的稳定性和运用GPS进行车辆定位的精度。     

一种减小NLOS影响的TOA定位算法

在基于蜂窝网的无线定位系统中,NLOS(非视距传播)总是对TOA(波达时间)测量距离造成较大的正偏差,严重影响了定位精度。卡尔曼滤波用来处理基于TOA的距离测量数据,平滑了总体误差,但效果依然不够理想。本文通过修正滤波值和多次滤波,能有效减小TOA误差,改善定位效果。仿真结果表明,该算法能取得很好的定位精度。     

UKF滤波器的强跟踪性研究

与EKF滤波器相比较，UKF滤波器和强跟踪滤波器各自具有不同的特点，在基于计算机视觉的运动人手跟踪系统中往往需要将这些不同的特点相结合，本文揭示了UKF滤波器与强跟踪滤波器之间的关系，研究表明，在线性系统中，UKF滤波器是强跟踪滤波器；在非线性系统中，在一定的条件下，UKF是强跟踪滤波器，本文给出了一个充分条件，最后给出了部分实验结果。     

UKF联合滤波器在车辆定位系统中的应用

传统的应用于GPS/DR组合定位系统中的联合卡尔曼滤波器都是由扩展卡尔曼滤波器(EKF)构成,而EKF具有滤波收敛速度慢、对系统模型误差和噪声统计特性的鲁棒性差和实际中难以实施等缺点,这些对联合卡尔曼滤波器的整体滤波性能和实用性都会产生不利影响.针对这一问题,通过用无迹卡尔曼滤波器(UKF)来替代EKF构成一种新型的基于UKF的联合卡尔曼滤波器,并将这种联合滤波器应用于GPS/DR车辆组合定位系统中.通过详细的计算机仿真和分析后,结果表明与传统的基于EKF的联合卡尔曼滤波器相比 ,该联合卡尔曼滤波器的滤波精度、收敛速度、鲁棒性、实用性和可靠性都得到了很大的改善,满足了定位系统低成本和高精度的要求,具有一定的应用价值.     

UKF与EKF在卫星姿态估计应用中的比较

针对卫星的姿态和角速度估计问题,分别给出基于Unscented卡尔曼滤波(UKF)与推广卡尔曼滤波(EKF)的估计算法,并做了相应比较.为了避免欧拉角带来的奇异问题,UKF选用Rodrigues参数而EKF选用四元数参数法来描述姿态误差.考虑卫星的非线性模型,UKF采用Unscented变换而EKF采用线性化方法对姿态误差进行估计.利用陀螺和磁强计的测量信息,KF和EKF都可得到三轴稳定卫星的姿态估计值,但UKF的收敛速度高于EKF.数值仿真结果表明,当初始姿态存在大偏差时,所给出的UKF的滤波算法性能明显优于EKF.     

一种基于改进UKF的3D人手跟踪算法

将手指作为基本处理对象，对UKF（unscented Kalman filter）算法进行改进，并利用它对当前手指各关节进行预测；以预测值作为初值，用局部搜索技术对误差较大的关节用改进的UKF算法重新进行预测，直到该手指在像平面上的投影轮廓和图像轮廓之间的距离图满足指定的精度为止．该算法以状态变量量测值的获取作为突破口，解决现有算法中跟踪精度过分依赖于3D人手模型精度的问题．实验结果表明，该算法具有较强的处理局部自遮挡问题能力，对3D人手模型的不精确性也具有更好的鲁棒性．     

无迹卡尔曼滤波算法在污水处理BSM1过程中的应用研究

污水处理过程具有多变量、强非线性和强扰动等特性,且系统输入具有随机性,不同天气状况和不同时间段的污水的排量不同.扩展卡尔曼滤波存在估计精度低和鲁棒性差等缺陷,当系统模型参数变化和外界环境噪声较大时,扩展卡尔曼滤波估计性能下滑.将无迹卡尔曼滤波算法应用到污水处理系统中,并与扩展卡尔曼滤波算法相比较,结果显示,无迹卡尔曼滤...     

含有多普勒频率的无迹卡尔曼滤波

针对扩展卡尔曼滤波不含多普勒频率和非线性的缺陷,提出一种新的含有多普勒频率的无迹卡尔曼滤波算法。新算法通过推导观测向量和状态向量之间的函数关系,结合无迹卡尔曼滤波思想,使滤波结果较扩展卡尔曼滤波算法具有更高的精度。最后对新老算法进行了仿真对比分析,结果表明了新算法的有效性和合理性。     

基于一致性Unsented卡尔曼滤波的多机器人定位

主要研究了多机器人编队过程中机器人的定位问题.在编队过程中机器人仅利用通过场地上方的摄像头捕获的图像得到自身的位置容易受干扰导致定位不准.利用队列中某个机器人观测到另外一个或几个机器人时,用相对观测信息和自身的位置以及附近被观测机器人的位置估计来更新一致性Unsented卡尔曼滤波算法中的状态估计.最后通过实验来对比未滤波前定位精度和分别采用Unsented卡尔曼滤波算法和一致性Unsented卡尔曼滤波算法定位精度,实验结果表明一致性Unsented卡尔曼滤波算法能够有效地提高定位的精度.     

TDOA/AOA混合定位方案中的UKF算法

针对CDMA无线定位系统中的“听力”问题,在CDMA无线系统中建立到达时间差/到达角度(TDOA/AOA)混合定位方案模型。针对常用滤波算法的性能改善问题,提出无迹卡尔曼滤波(UKF)算法解算定位方程,并结合设定环境对算法进行Matlab仿真。与常用EKF算法的比较表明,在TDOA/AOA混合定位方案中,UKF算法具有更好的收敛性和精度。     

导弹跟踪中的卡尔曼与不敏卡尔曼滤波

卡尔曼滤波是在线性高斯情况下利用最小均方误差准则获得目标的动态估计,但在实际系统中,许多情况下观测数据与目标动态参数间的关系是非线性的。对于非线性滤波问题,至今尚未得到完善的解法。本文采用了两种方法来进行滤波:一种是将观测变量进行坐标系变化,使量测方程线性化,然后直接进行线性卡尔曼滤波;另一种方法是直接采用非线性滤波方法的不敏卡尔曼滤波。对仿真导弹轨迹的仿真结果显示,第一种方法在本系统中优于第二种方法。     

多层土壤观测数据同化的森林碳、水通量模拟

为充分考虑森林生态系统土壤水分的垂直运动及改善碳、水通量的模拟精度,利用Biome-BGC MuSo模型模拟了长白山森林通量站点的碳、水通量,该模型包含了多层土壤模块、物候模块以及管理模块;其次,利用集合卡尔曼滤波算法将站点观测的多层土壤参数同化到Biome-BGC MuSo模型中,并用站点涡动通量数据进行了验证。结果表明：与Biome-BGC模型模拟结果相比,Biome-BGC MuSo改善了站点净生态系统交换量（Net ecosystem exchange, NEE）、生态系统呼吸量（Ecosystem respiration, ER）和蒸散发（Evapotranspiration, ET）模拟精度,站点观测的时序土壤温度和水分数据同化到Biome-BGC MuSo后,碳、水通量模拟结果有了进一步的提升（NEE: R² = 0.70, RMSE = 1.16 gC·m^–2·d^–1; ER: R² = 0.85, RMSE = 1.97 gC·m^–2·d^–1 ; ET: R² = 0.81, RMSE = 0.70 mm·d^–1）。数据-模型同化策略为森林生态系统碳、水同量的模拟提供了科学的方法。     

一种多运动目标检测、跟踪方法研究与实现*

针对固定监控场景提出了一种运动目标检测与跟踪方案。在运动目标检测中,利用像素梯度及色度均值、方差分布建立并实时更新背景模型。在目标跟踪模块,引入卡尔曼滤波器预测目标参数,合并目标碎片,建立帧间目标匹配矩阵完成目标匹配。通过实际图像序列测试,算法能较好地实现运动目标跟踪,获得运动目标的轨迹,具有良好的实时性和适应环境变化的能力。     

多层土壤观测数据同化的森林碳、水通量模拟

为充分考虑森林生态系统土壤水分的垂直运动及改善碳、水通量的模拟精度，利用Biome-BGC MuSo模型模拟了长白山森林通量站点的碳、水通量，该模型包含了多层土壤模块、物候模块以及管理模块；其次，利用集合卡尔曼滤波算法将站点观测的多层土壤参数同化到Biome-BGC MuSo模型中，并用站点涡动通量数据进行了验证。结果表明：与Biome-BGC模型模拟结果相比，Biome-BGC MuSo改善了站点净生态系统交换量（Net ecosystem exchange, NEE）、生态系统呼吸量（Ecosystem respiration, ER）和蒸散发（Evapotranspiration, ET）模拟精度，站点观测的时序土壤温度和水分数据同化到Biome-BGC MuSo后，碳、水通量模拟结果有了进一步的提升（NEE: R² = 0.70, RMSE = 1.16 gC·m^–2·d^–1; ER: R² = 0.85, RMSE = 1.97 gC·m^–2·d^–1 ; ET: R² = 0.81, RMSE = 0.70 mm·d^–1）。数据-模型同化策略为森林生态系统碳、水同量的模拟提供了科学的方法。     

改进的卡尔曼滤波算法系统参数辨识仿真研究

研究系统参数辨识精度提高问题。辨识是从实验数据中提取有关系统信息的过程,由于存在噪声影响辨识精度,针对传统的卡尔曼滤波算法不能很好地提高跟踪精度且算法复杂的缺陷,为了解决实际系统辨识中参数噪声方差和观测噪声方差未知的等相关问题,提出了一种改进的无味卡尔曼滤波算法系统参数辨识方法,仿真结果表明,算法具有更好的泛化能力,在复杂的系统负载等情况下,也可以对系统的参数精确有效的进行辨识,验证了该算法是一种有效适用的系统参数辨识方法。     

基于改进的扩展卡尔曼滤波伺服系统建模技术研究

研究永磁同步电机系统建模技术问题。传统的建模技术在对系统进行建模时,由于算法复杂度较高,不利于实时控制系统,提出一种新的基于卡尔曼滤波技术构建速度观测器替代位置传感器;卡尔曼滤波技术适用于线性控制场合,针对PMSM的非线性特性,改进卡尔曼滤波算法为扩展卡尔曼滤波算法。仿真实验结果表明,利用扩展卡尔曼滤波算法构建的速度观测器准确度高,是一种有效的伺服系统建模方法。     

基于改进容积卡尔曼滤波的认知雷达跟踪算法

在认知雷达目标跟踪过程中,由于存在初始跟踪误差及系统量测方程的非线性等原因,导致卡尔曼滤波算法性能较差.为解决上述问题,将Gauss-Newton迭代方法与容积卡尔曼滤波算法相结合,建立迭代容积卡尔曼滤波算法.算法在迭代过程中利用最新的量测信息并更新迭代过程中产生的新息方差,降低了目标初始状态的估计误差,并且减小了线性化量测方程引入的传递误差.仿真结果表明,迭代容积卡尔曼滤波算法与传统的扩展卡尔曼滤波算法、无迹卡尔曼滤波算法、容积卡尔曼滤波算法相比,在认知雷达中的跟踪精度更高,稳定性更好,对初始误差的容错性更强.结果可为雷达目标跟踪优化提供科学依据.     

基于容积卡尔曼滤波算法估计动力锂电池荷电状态

动力锂电池荷电状态的准确估计是电池管理系统的关键功能之一。该文结合二阶电阻-电容等效电路模型,通过建立状态空间表达式,利用最小二乘法对等效电路模型各参数进行辨识,并通过多项式拟合方法获得了开路电压与剩余电荷的关系曲线,进而基于容积卡尔曼滤波方法对锂电池荷电状态进行建模,建立了基于数字信号处理器的充放电实验平台,实现了锂电池放电时荷电状态的实时估算。实验结果表明,该方法能够实现实时在线估算,且最大误差小于 2%,具有良好的估算精度。     

基于视觉/惯导的无人机组合导航算法研究

目前视觉惯性组合导航系统多采用优化紧/松耦合以及滤波紧/松耦合算法,应用误差状态卡尔曼滤波能够将较低频率的视觉位姿信息提升到与惯性信息同步的频率;提出一种基于自适应卡尔曼滤波的视觉惯导组合导航算法,首先考虑到系统建模与传感器测量误差,采用自适应渐消卡尔曼滤波进行导航解算,通过实时计算遗忘因子,以调节历史数据的权重,可抑制建模误差,提高组合导航系统性能,然后针对视觉SLAM解算过程造成的视觉位姿信息滞后于惯导信息的问题,提出一种延时补偿方法;仿真实验表明,采用延时补偿的自适应渐消卡尔曼滤波算法能够有效抑制建模误差,并降低视觉位姿信息滞后带来的影响,提高无人机组合导航的解算精度,姿态、速度、位置解算精度分别达到5°、0.5m/s、0.4m以内。