基于极大似然准则和最大期望算法的自适应UKF 算法

针对噪声先验统计特性未知情况下的非线性系统状态估计问题,提出了基于极大似然准则和 最大期望算法的自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF) 算法.利用极大似然准则构造含有噪声统计特性的对数似然函数,通 过最大期望算法将噪声估计问题转化为对数似然函数数学期望极大化问题,最终得到带次优递 推噪声统计估计器的自适应UKF算法.仿真分析表明,与传统UKF算法相比,提出的自适应UKF算法 有效克服了传统UKF算法在系统噪声统计特性未知情况下滤波精度下降的问题,并实现了系统噪 声统计特性的在线估计.     

带噪声统计估计器的Unscented卡尔曼滤波器设计

针对传统Unscented卡尔曼滤波器(UKF)在噪声先验统计未知或不准确时滤波精度下降甚至发散的问题,基于极大后验(MAP)估计原理,设计了一种带噪声统计估计器的UKF.该UKF滤波算法在进行状态估计的同时,能实时估计和修正噪声均值和协方差.相比于传统UKF,所提出的UKF具有应对噪声统计变化的自适应能力.仿真结果表明了该UKF滤波算法的有效性.

Abstract：

For the problem that the accuray of the conventional UKF declines and further diverges when the prior noise statistic is unknown or inaccurate, an unscented Kalman filter (UKF) with noise statistic estimator is designed.This UKF filtering algorithm based on maximum a posterior (MAP) estimation can estimate and correct the mean and covariance of the noise in real time while it estimates the states.The proposed UKF has the adaptive capability of dealing with variable noise statistic.The simulation results show the effectiveness of the proposed UKF filtering algorithm.     

自适应UKF算法在目标跟踪中的应用

针对目标跟踪中系统噪声统计特性未知导致滤波发散或者滤波精度不高的问题, 提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF)算法.该算法在滤波过程中,利用改进的Sage-Husa估 计器在线估计未知系统噪声的统计特性,并对滤波发散的情况进行判断和抑制, 有效提高了滤波的数值稳定性,减小了状态估计误差. 仿真实验结果表明,与标准UKF算法相比,自适应UKF算法明显改善了目标跟踪的精度和稳定性.     

基于极大似然估计的新息自适应滤波算法

针对噪声统计信息未知或时变情况下常规卡尔曼滤波估计精度下降甚至发散的问题,提出了一种基于极大似然估计的新息自适应滤波算法.算法对基于极大似然估计的常规新息协方差估值器进行限定记忆指数衰减加权修正,增加滑动窗口内新近新息协方差序列的利用权重;根据新息自适应原理,利用新息协方差估计值直接计算滤波增益矩阵,加快滤波器收敛速度的同时提高了滤波算法的估计精度.算法应用于捷联惯性导航系统/全球定位系统(SINS/GPS)组合导航系统,仿真实验表明:在噪声统计信息未知或时变情况下,算法具有更强的鲁棒性以及更高的滤波精度.     

未知噪声统计下多模型概率假设密度粒子滤波算法

针对传统多目标概率假设密度滤波(PHD) 器在噪声先验统计未知或不准确时滤波精度下降甚至丢失目标的问题, 设计一种自适应多模型粒子PHD(MMPHD) 滤波算法. 该算法利用多模型近似思想, 推导出一种多模型概率假设密度估计器, 不仅能估计多目标状态, 而且能实时估计未知且时变的噪声参数, 并采用蒙特卡罗方法给出了MMPHD闭集解. 仿真实例表明, 所提出的算法具有应对噪声变化的自适应能力, 可有效提高目标跟踪精度.

     

基于极大后验估计的自适应容积卡尔曼滤波器

针对标准的容积卡尔曼滤波器(CKF) 设计需要精确已知噪声先验统计知识的问题, 提出一种自适应CKF 算法. 该算法在滤波过程中, 利用Sage-Husa 极大后验估值器对噪声的统计特性进行在线估计和修正, 有效地提高了CKF 的估计精度和数值稳定性. 在某些情况下, 噪声协方差估计会出现异常现象使得滤波发散, 进而提出了相应的改进方法. 仿真结果表明了自适应CKF 算法的可行性和有效性, 且明显改善了标准CKF 算法的滤波效果.     

带噪声统计估计器的犝狀狊犮犲狀狋犲犱卡尔曼滤波器设计

针对传统Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ卡尔曼滤波器（ＵＫＦ）在噪声先验统计未知或不准确时滤波精度下降甚至发散的问题,基于极大后验（ＭＡＰ）估计原理,设计了一种带噪声统计估计器的ＵＫＦ．该ＵＫＦ 滤波算法在进行状态估计的同时,能实时估计和修正噪声均值和协方差．相比于传统ＵＫＦ,所提出的ＵＫＦ具有应对噪声统计变化的自适应能力．仿真结果表明了该ＵＫＦ滤波算法的有效性．     

带有色量测噪声的非线性系统 Unscented 卡尔曼滤波器

传统Unscented卡尔曼滤波器(Unscented Kalman filter, UKF)要求噪声必须为高斯白噪声, 无法解 决带有色噪声的非线性系统滤波问题. 为此, 本文提出了一种带有色量测噪声的UKF滤 波新算法. 首先,基于量测信息增广和最小方差估计, 推导出一类带有色量测噪声的非 线性离散系统状态的最优滤波框架, 接着采用Unscented变换(Unscented transformation, UT)来计算最优框架中的 非线性状态后验均值和协方差, 进而得到有色量测噪声下UKF滤波递推公式. 所设 计的UKF新方法能有效地解决传统UKF在量测噪声有色情况下非线性滤波失效的问题, 数 值仿真实例验证了其可行性和有效性.     

基于梯度自适应规则的自适应UKF算法及其应用

针对量测噪声方差统计值未知的非线性UKF(Unscented Kalman Filter)滤波问题,提出了一种基于梯度自适应规则的自适应UKF算法;在标准的非线性UKF算法基础上,根据残差方差阵的估计值与真实值之差构造代价指标函数,并将该函数相对于参数变化的负梯度方向作为参数更新的方向,构建自适应调节机制;将算法应用于GPS/DR(Dead-Reckoning)组合导航系统中,仿真结果显示状态估计误差具有良好的收敛性,估计精度较噪声观测器有明显改善,表明算法对量测噪声方差阵的动态变化具有较强的适应性。     

带噪声统计估计器的犝狀狊犮犲狀狋犲犱卡尔曼滤波器设计

针对传统Ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ卡尔曼滤波器（ＵＫＦ）在噪声先验统计未知或不准确时滤波精度下降甚至发散的问题,基于极大后验（ＭＡＰ）估计原理,设计了一种带噪声统计估计器的ＵＫＦ．该ＵＫＦ 滤波算法在进行状态估计的同时,能实时估计和修正噪声均值和协方差．相比于传统ＵＫＦ,所提出的ＵＫＦ具有应对噪声统计变化的自适应能力．仿真结果表明了该ＵＫＦ滤波算法的有效性．

     

基于通用FLAC的模糊自适应UKF算法及其应用

针对量测噪声方差统计值未知的非线性UKF(Unscented Kalman Filter)滤波问题,提出了一种基于通用FLAC(Fussy Logic Adaptive Controller)的模糊自适应UKF算法.在标准的非线性UKF算法基础上,以残差的实际方差与理论方差的比值作为FLAC的输入,使FLAC对滤波模型的依赖性减弱,强化了模糊自适应UKF方法的通用性;在对未知的量测噪声方差阵进行动态调节的过程中设置了指数调节参数,可不同程度地放大或缩小方差阵调节的幅度,使算法的调节速度和精度得到控制.将算法应用于GPS/DR(Dead-Reckoning)组合导航系统中,仿真结果表明了该算法的有效性.     

CMOS图像传感器的自适应降噪方法研究

提出了一种用于CMOS图像传感器的新型自适应降噪方法,并进行了逻辑电路实现。该方法通过运动检测和边缘检测技术进行噪声功率统计和分析,选择性的利用中值滤波、均值滤波以及运动自适应滤波方法,对传感器输出图像进行了数字降噪处理。实验表明本文方法降低了高斯噪声和椒盐噪声的影响,有效提高了图像质量和峰值信噪比。其结构易于电路实现,适用于CMOS图像传感器内部的实时降噪处理。     

闪烁噪声下轨道机动目标自适应鲁棒跟踪算法

针对闪烁噪声下存在未知机动的空间目标跟踪问题,将自适应鲁棒滤波技术嵌入到无迹卡尔曼滤波,设计自适应鲁棒无迹卡尔曼滤波(ARUKF),再利用ARUKF产生粒子滤波的重要性密度函数,从而得到一种自适应鲁棒无迹粒子滤波(ARUPF)算法。将ARUPF与瞬态跟踪模型相结合,对空间机动目标进行自主跟踪。实验结果表明,该算法在跟踪精度和鲁棒性方面优于传统的跟踪算法。     

自适应SVD–UKF算法及在穿刺状态估计中的应用

柔性针在实际穿刺过程中会产生不规则形变, 导致柔性针模型存在参数不确定性问题, 影响穿刺精度. 本文针对柔性针穿刺过程存在的不确定性问题以及超声成像等设备存在的量测噪声统计特征不准确性问题, 提出了一种带有噪声估计器的自适应奇异值分解无迹卡尔曼滤波算法. 该算法采用自适应因子实时修正动力学模型误差, 通过奇异值分解抑制系统状态协方差矩阵的负定性, 利用Sage-Husa估计器在线估计噪声的统计特性, 减小了系统状态估计误差. 将新算法应用于带有曲率不定性的柔性针穿刺模型进行计算仿真, 仿真结果显示, 新的算法较现有的UKF算法相比, 估计误差减小了0.28 mm(82.7%), 与AUKF算法相比, 估计误差减小0.06 mm(52%). 因此, 新算法可有效改善滤波性能, 提高穿刺状态的估计精度.