卡尔曼滤波系统和量测噪声自适应估计的关联性

卡尔曼滤波是惯导系统(INS)/GPS组合导航的主要算法之一,Sage-Husa算法是在卡尔曼滤波基础上,为减少系统噪声和量测噪声的不确定性对误差估计的影响而采用的自适应估计方法.对Sage-Husa算法提出了4条改进措施;并通过在3种数据扰动情形下的仿真计算发现,只对一类噪声做自适应估计更容易产生较大的偏差,对系统噪声和量测噪声两类噪声同时做自适应估计,其效果要优于只对一类噪声做自适应估计,把此现象定义为卡尔曼滤波的系统和量测噪声自适应估计的关联性.这个结果不同于一些文献的观点.此项研究对自适应卡尔曼滤波在INS/GPS组合导航的工程化应用有较高的实用价值.     

变增益联邦KF组合导航定位算法研究

GPS接收模块解算出的伪距误差是GPS/INS组合导航系统的主要误差,采用一种二级联邦卡尔曼滤波组合导航算法加以削弱,将卫星接收模块解算出的伪距信息和多普勒频移信息在第一级卡尔曼滤波后,再通过主滤波器与INS模块解算出的信息进行修正处理,得到校正量和定位位置最优估计。随着滤波步数增加,系统预测误差方差阵逐渐趋于零,状态估计会过分依赖旧量测值,从而导致滤波发散,影响系统定位精度。为有效提高新量测值的修正作用,在联邦卡尔曼滤波组合导航算法中引入一种可变加权系数。仿真结果表明,改进后的变增益联邦卡尔曼滤波算法具备联邦卡尔曼滤波的优点,并且该算法滤波效果有较明显的改善,能有效抑制滤波发散,提高系统的定位精度。     

GPS/DR组合导航FAIMM滤波算法仿真研究

研究GPS/DR组合导航滤波问题。GPS/DR组合导航系统量测噪声统计特性随载体机动发生变化导致传统滤波算法滤波效果下降,针对此问题,提出了一种模糊自适应交互式多模型(Fuzzy Adaptive Interacting Multiple Model,FAIMM)滤波算法,将模糊自适应无迹卡尔曼滤波(FAUKF)与交互式多模型无迹卡尔曼滤波(IMMUKF)相结合,不需要预先设置模型集就能实现对载体量测噪声模式的覆盖。仿真结果表明:改进算法能够实时调整滤波器量测噪声参数,适应组合导航系统量测噪声变化,得到了与模型集完备的IMMUKF相当的导航滤波效果。     

UKF在INS/GPS直接法卡尔曼滤波中的应用

提出将Unscented卡尔曼滤波(UKF)用于INS/GPS组合导航系统的直接法卡尔曼滤波,避免了对非线性的系统状态方程进行线性化.以INS输出的导航参数及平台误差角等作为系统状态,惯导力学编排方程和姿态误差方程作为系统状态方程,GPS输出的导航参数作为量测,采用UKF方法对系统导航参数直接进行估计.仿真结果表明,UKF方法有效地解决了直接法卡尔曼滤波中系统状态方程的非线性问题,并使INS/GPS组合导航系统具有较高的导航定位精度.     

改进的Sage-Husa自适应算法及应用

针对标准卡尔曼滤波和Sage-Husa自适应卡尔曼滤波不能同时满足实时在线估计状态量测噪声阵和抑制滤波发散的问题，提出一种改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法。在检测到量测异常时，在协方差匹配技术的最严格收敛判断条件，计算出次优滤波方法中新的状态估计均方误差阵的加权系数，通过新的状态估计均方误差阵对原来的状态估计均方误差阵进行修正，能有效抑制滤波器的发散。提高实际应用中，Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法在复杂不稳定环境中的稳定性与可靠性。将改进的算法放在BDS/INS系统中进行实验验证，实验结果表明，相比常规Sage-Husa自适应滤波算法，改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法改善了上述系统的可靠性和自适应能力，最终有效的提高组合导航系统的性能。     

基于因子图算法的INS/GPS信息滞后处理方法

针对全球定位系统（GPS）信息滞后导致惯性导航系统（INS）/GPS组合导航系统实时性差的问题,利用因子图算法可以在一个信息融合时刻处理各信息源不同时刻量测信息的特点,提出了一种INS/GPS信息滞后处理方法。在系统接收到GPS信息之前,因子图模型中只添加关于INS信息的因子节点,经增量推理求出组合导航结果,保证系统的实时性。待系统接收到GPS信息之后,再将关于GPS信息的因子节点添加到因子图模型中,修正INS误差,从而保证系统长时间高精度运行。仿真结果表明,当上一时刻实时导航状态量对INS误差修正效果随GPS信息滞后时间变长而逐渐变差时,可以采用上一时刻刚刚完成量测更新的导航状态量实现INS误差的有效修正。因子图算法在保证系统精度的前提下,避免了GPS信息滞后对INS/GPS组合导航系统实时性的不良影响。     

一种模糊QR滤波及在组合导航中的仿真研究

总结了常用的自适应滤波的方法，并提出了一种基于模糊逻辑的自适应卡尔曼滤波技术，用模糊逻辑自适应推理器来“在线”修正卡尔曼滤波系统噪声协方差Q和测量噪声协方差R，从而使滤波器不断执行最优估计。仿真结果表明该方法可以提高GPS／INS组合导航系统的精度和可靠性。     

基于最大相关熵的GPS/INS组合导航融合算法研究

目前组合导航系统中常用卡尔曼滤波器进行信息融合,它在一定程度上克服了组合导航系统在实际工作中的不确定情况,如测量值易被无法量测的野值污染的实际问题。为优化传统卡尔曼滤波算法性能,提出基于最大相关熵的卡尔曼滤波（MCCKF）算法。该算法是在最大相关熵准则（MCC）和加权最小二乘（WLS）的思想下进行推导得到的。通过Matlab软件对GPS/INS组合导航融合理论建立数学模型,并对其进行模拟和分析,与传统卡尔曼滤波算法所得出的结果相比,结果表明基于最大相关熵的卡尔曼滤波算法具有更高的精度和更强的鲁棒性。     

H∞鲁棒自适应CKF算法在组合导航中的应用

针对组合导航系统状态模型及噪声统计特性不确定的情况下,标准容积卡尔曼滤波（Cubature Kalman Filter,CKF）算法鲁棒性差,导致滤波精度下降甚至出现滤波发散的问题,提出一种H∞鲁棒自适应CKF算法。该算法基于标准的三阶CKF算法理论框架,在观测方程为线性的条件下,对其量测更新进行了简化,并引入数值稳定性较强的奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）对系统状态协方差阵进行分解迭代,改善了计算的数值稳定性;在系统状态协方差阵更新过程中引入H∞ 滤波思想,并基于矩阵不等式的理论,对其约束条件[γ]进行了自适应选取,进一步改善了滤波的稳定性,提高了系统的鲁棒性。将该算法用于GNSS/INS组合导航的数值仿真实验,结果验证了该算法的有效性和优越性。     

基于卡尔曼滤波的无人机组合导航系统设计

针对卡尔曼滤波在实际应用中遇到的系统通常不是严格线性的问题,改进了在组合导航系统中常用的卡尔曼滤波方法,用扩展卡尔曼滤波对INS和外部测量源的信息进行融合,推导了无人机GPS辅助惯性导航系统的导航方程.通过分析GPS和INS的定位原理,建立了GPS和INS的误差模型.完成了以INS为主导航系统,GPS作为辅助系统的组合导航系统的扩展卡尔曼滤波设计.最后,将线性卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波的结果进行了仿真对比分析,结果表明:扩展卡尔曼滤波更适合系统为非线性的情况.     

基于模糊逻辑的自适应卡尔曼滤波在GPS/INS组合导航中的应用

提出了一种利用模糊逻辑控制器来在线调节卡尔曼滤波器的自适应数据融合方法,并着重研究了其在GPS/INS组合导航中的应用．根据位置误差系数和卡尔曼滤波器的新息的统计信息，采用模糊逻辑控制器对卡尔曼滤波器进行连续修正，将卡尔曼滤波器调整到最优状态，从而提高组合导航系统的精度．仿真结果证明这种方法比标准卡尔曼滤波具有更高的精度．     

基于结构分解的GPS/INS组合导航粒子滤波技术

针对粒子滤波应用于GPS/INS组合导航系统时难以保证滤波实时性的问题,提出一种基于线性/非线性结构分解的改进粒子滤波算法.改进算法对状态方程进行线性/非线性结构分解,分别采用重点采样和线性卡尔曼方式进行一步预测递推,充分发挥粒子滤波和卡尔曼滤波的特点,有效降低了粒子滤波的计算量,在保证GPS/INS组合导航系统滤波精度的条件下提高了组合滤波的实时性.     

自适应信息融合算法研究与应用

以组合导航系统为应用背景, 对基于自适应联合卡尔曼滤波的信息融合算法进行了研究, 将ARMA模型和自适应调节的信息分配因子应用于联合滤波中, 完成信息融合, 并以GPS/INS系统为例, 进行了半实物仿真, 结果表明, 该方法可有效抑制滤波发散, 并提高整个系统的精度和收敛速度.     

基于信息补偿的自适应联邦滤波算法

针对采用标准卡尔曼滤波器必须知道系统噪声统计特性的局限性，研究了一类系统噪声未知情况下的自适应联邦滤波方法，指出了自适应滤波方法应用于联邦结构时应当注意的问题，提出了一种基于信息补偿的自适应联邦滤波算法。SINS／BDS／GPS组合导航系统的仿真结果表明，该方法可以有效抑制系统噪声未知情况下的滤波发散现象，提高了滤波的稳定性和估计性能。     

GPS/INS组合导航系统中的信息融合算法研究

该文以GPS／INS组合导航系统为应用背景，对系统的模型建立进行详细的介绍，针对当前应用于其中的Kalman滤波法，它对量测噪声模型变化不能很好进行最优估计的缺点，引入了模糊自适应理论，实时地在线修正新息协方差值，以改善滤波器的性能，提高组合导航系统精度，并且还介绍了野值检测和处理方法。最后进行实时仿真，经仿真结果表明该方法是有效的。     

车载GPS／DR／地图匹配组合导航系统的自适应联合卡尔曼滤波模型

首次设计了实现车载ＧＰＳ／ＤＲ／地图匹配组合导航系统最优综合的联合卡尔曼滤波器,给出了滤波算法,并提出一种自适应联合卡尔曼滤波器结构及其算法。理论分析及计算机仿真结果均表明,应用该自适应联合卡尔曼滤波器可大大提高车载ＧＰＳ／ＤＲ／地图匹配组合导航系统的定位精度及容错能力。     

INS/GPS组合导航系统卡尔曼滤波的并行实现*

本文采用并行处理技术对ＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统中卡尔曼滤波的实时性问题进行了研究。