基于四元数算法的方位跟踪滤波器设计

鉴于机器臂连接机构的柔性特点,其末端执行装置的准确定位异常困难.介绍了一种基于四元数算法的互补滤波器,通过参数优化和偏差补偿,可实现末端执行器的精确定位.初步测试结果表明,该滤波器动态响应良好.     

用四元数状态切换无迹卡尔曼滤波器估计的飞行器姿态

在较大初始姿态误差角下, 针对捷联惯导/CCD星敏感器(strap-intertial navigation system/CCD star sensor, SINS/CCD)姿态估计系统扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法精度下降的问题, 提出了基于四元数的状态切换无迹卡尔曼滤波算法. 通过状态实时切换降低了全维无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)的维数, 减小了计算复杂度, 提高了系统的实时性. 文中采用基于特征向量求解的代价函数法计算四元数均值避免了UKF算法中四元数规范化的限制; 利用乘性误差四元数表示姿态更新点与估计点之间的距离, 解决了四元数协方差阵奇异性问题. 仿真实验结果表明: 与EKF相比, 该算法在精度上有较大提高; 与全维UKF算法和修正罗德里格斯参数UKF算法相比, 该算法精度相当但估计时间均有不同程度的减少.     

基于分解四元数的自适应姿态四元数卡尔曼滤波

基于Clifford代数的四元数卡尔曼滤波在融合陀螺/加表/磁强计以估计姿态时,由于四元数各参数与欧拉角不是一一对应关系,无法独立估计各个欧拉角.这样即使重力观测量是可信的,受到干扰的磁场观测量也会影响整个估计结果.为了消除磁场观测量对四元数中横滚角和俯仰角分量的影响,对四元数进行分解,以重新组合重力/磁场观测量.同时,为了减少载体附近磁场和线性加速度干扰对姿态估计的影响,构造了观测噪声自适应算法和观测量自适应干扰补偿.消费级微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)传感器的实验结果表明,对比四元数卡尔曼滤波的原型,改进后的抗干扰能力明显提升.但由于自适应过程引入了两个经验参数,这使得其工作范围和抗干扰能力有待考验.     

基于四元数旋转的开关型矢量中值滤波器

矢量中值滤波器是一种经典和高效的矢量滤波器,主要用于消除彩色图像中的冲击噪声。然而VMF没有区分细线条和噪声的能力,它往往把细线条当成噪声而过滤掉。本文利用四元数旋转理论,模仿Laplacian算子,提出一种用于检测彩色图像中的冲击噪声的算法,并结合传统的VMF构造出一个新颖的开关型矢量中值滤波器。实验结果表明,新的滤波器不仅能有效地保护细线条和边界等细节信息,而且其滤波性能也明显胜过传统的VMF和一些经典的及最近开发的矢量滤波器。     

基于四传感器方阵的地震动目标方位角估计

针对地震动目标定位中的信号传播速度不确定性问题,提出了基于到达时间差的四传感器方阵目标方位角估计方法.从理论上推导出四传感器方阵下的目标方位角估计带边界及其最大带宽值,证明了信号传播速度与目标方位角估计之间的弱相关性.根据仿真计算深入探讨了信号传播速度和时延测量误差对目标方位角估计精度的影响.外场实验结果证明：这一方法的地震动目标方位角平均估计误差小于采用三轴地震动传感器的方法,具有一定的实用价值.     

粒计算的四元模型研究

为了保证粒计算体系的完整性,用以指导粒计算的研究与发展,采取了质性研究方法,把粒计算看成一个整体进行考察。通过对粒计算研究与发展的纵向推进与横向吸纳等方面的深入考察,在已有研究成果的基础之上解释了粒计算体系向高级形式发展的必然性。在此基础上,把粒计算体系的发展分为初期、中期(三元模型)、后期(四元模型)三个阶段;建立了四元模型;根据主导驱动元素的不同把四元模型阶段分为粒化思维导向型、粒化问题求解推动-粒化信息处理拉动导向型和自觉协同型三个主要表现形态,从而构建了以四元为核心的粒计算新体系。     

四元数卡尔曼滤波组合导航算法性能分析

为分析四元数卡尔曼滤波组合导航算法在飞行器姿态估计中的性能,在建立四元数卡尔曼滤波观测方程、状态方程和方差计算模型的基础上,分别设计了陀螺/加速度计/磁强计组合导航仿真算例和陀螺/加速度计初始对准实验,比较了四元数卡尔曼滤波组合导航算法相较于传统扩展卡尔曼滤波组合导航算法在计算量、收敛性、收敛速度、收敛精度方面的性能.分析结果表明该滤波器无须扩展卡尔曼滤波器的线性化过程,计算量小,算法实现简单;收敛性和收敛速度均优于扩展卡尔曼滤波器.收敛精度较扩展卡尔曼滤波器高出约两个数量级,但收敛过程中存在一个比扩展卡尔曼滤波器精度低的时间区间.     

一类多结构元自适应广义形态滤波器

基于广义形态开—闭和闭—开运算，采用多种结构元和自适应加权平均技术，定义了一类新型形态滤波器。这类滤波器不仅可以有效地抑制图象中的噪声，而且较好地保持了图象的几何特征。滤波器计算简单，便于实时并行处理。     

彩色图像四元数频域幅值调制水印算法

彩色图像处理常用的独立单通道方式在处理过程中不能体现各彩色通道间的光谱联系。针对彩色载体图像,提出了一种彩色图像四元数频域幅值调制水印算法。首先在空域中计算四元数表示的载体图像块不均匀度大小,从而对载体图像的单位小块进行自适应选取;接着对彩色载体图像进行四元数傅立叶变换,得到其频域矩阵;然后计算分块傅立叶直流位置上的四元数模值,将水印嵌入在模值中。仿真实验结果表明,该方法可以把水印带来的误差扩散到图像的红、绿、蓝3色的各个分量上,且对常见攻击具有较好的鲁棒性,实现了数字水印不可见性和鲁棒性的良好结合。     

彩色图像四元数频域奇异值分解水印算法

将四元数傅里叶变换与四元数奇异值分解技术相结合并引入到对彩色图像的水印处理,提出一种基于四元数频域奇异值分解的彩色图像盲水印算法.首先对彩色载体图像进行分块并采用四元数傅里叶变换(quaternion Fourier transform,QFT)得到其频域矩阵,然后对频域矩阵中的单位小块进行四元数奇异值分解(quaternion singular value decomposition,QSVD),得到实系数奇异值,使用奇偶量化调制法将水印信号嵌入到单位小块的最大奇异值中.仿真实验结果表明,嵌入的水印分布在空域图像各彩色分量中,在不可见性以及鲁棒性的比较中优于传统的彩色图像亮度域以及独立多通道处理方法.     

一种改进型的自适应基本矢量方向滤波器

基本矢量方向滤波器BVDF(Basicvectordirectionalfilter)是保护彩色图像色调的一种经典的矢量滤波器,主要用于消除彩色图像中的脉冲噪声和色调异常的噪声(vectorswithatypicaldirections),但它没有考虑在滤波器窗口内象素之间的空间距离对滤波效果的影响。根据人类视觉感知,在一个滤波器窗口中,即使二个象素具有相同的颜色值,其中离中心象素较近的象素应当对中心象素影响较大,而距离较远的象素对中心象素影响较小。基于此,论文试图将空间距离对滤波效果的影响量化,提出了一个基于心理距离的加权公式,并结合传统的基本矢量方向滤波器BVDF,构造出了相应的新的基于空间距离加权的自适应基本矢量方向滤波器。实验表明,新的自适应基本矢量方向滤波器,在抑制脉冲噪声、色调保持、细节或边缘保护方面,胜过传统的基本矢量方向滤波器BVDF。     

Adaptive Harmonic IIR Notch Filter with Varying Notch Bandwidth and Convergence Factor

This paper proposes an improved adaptive harmonic IIR notch filter. The proposed algorithm utilizes varying notch bandwidth and convergence factor to achieve robust frequency estimation and tracking. A formula to determine the stability bound by using the LMS （least mean squares） algorithm is derived. In addition, the developed algorithm is also devised to prevent the adaptive algorithm from converging to its local minima of the MSE function due to signal fundamental frequency switches in the tracking process.     

基于自适应方向导数滤波器的彩色边缘检测

传统彩色边缘检测算法在提高边缘检测准确性时可能将噪声检测为边缘,而在提高噪声鲁棒性时会将部分边缘当作噪声进行抑制,导致部分边缘信息丢失。为解决传统彩色边缘检测算法在边缘检测准确性与噪声鲁棒性之间的矛盾问题,提出一种基于自适应各向异性高斯方向导数（ANDD）的彩色边缘检测算法。通过彩色图像的微分自相关矩阵构建反映边缘类型的度量准则,以自适应地确定每个像素处ANDD滤波器的形状,从而准确提取不同类型的边缘特征,采用ANDD滤波器组对图像进行平滑处理,提取在三个通道上的ANDD特征。在此基础上,利用奇异值分解得到最优融合权值,并融合三个通道的ANDD特征,以增强彩色边缘强度。实验结果表明,该算法在无噪声和含噪声环境下的Pratt品质因子分别为0.849 6和0.791 4,与彩色Canny、RCMG-MM和FRPOS算法相比,在保持较高边缘检测准确率的同时具有较优的噪声鲁棒性。     

基于自适应陷波的非均匀采样信号处理系统

非均匀采样可以突破奈奎斯特采样定理的限制,检测出超过采样频率的信号频率,但非均匀采样引起信号的频谱噪声,使得非均匀采样的小信号检测难于实现。研制了一种实时非均匀采样信号处理系统,采用自适应陷波方法计算非均匀采样信号的频率,逐步滤除幅度较大的信号,从而检测出小幅度信号。详细说明了自适应陷波方法的原理和实现方法,并介绍了基于数字信号处理器(DSP)的非均匀采样信号处理系统。     

基于自适应陷波的干扰抵消技术分析

基于自适应滤波技术,从中频和射频两方面分析了干扰抵消技术的基本原理,给出了仿真结果,验证了算法的有效性,并对射频和中频两种干扰抵消技术进行了比较。自适应滤波技术在语音信号处理、噪声抵消,系统模型识别和医学信号处理等领域已得到大量应用,它是以最小均方误差为准则的最佳滤波器。在滤波过程中,它能自适应地调整滤波系数,其计算量小,算法简单,尤其适合于对实时信号要求较高的场合。     

基于自适应方向滤波的左心室轮廓提取

提出了基于自适应方向滤波方法来提取左心室轮廓。在噪声的干扰下,引入经平滑处理的方向滤波能够得到精确的边缘,所获得的边缘方向矢量能够在边级跟踪时对边缘走向进行预测,同时对参数进行自适应调整,通过尽量少的人机交互,算法能够自动提取出左心室的轮廓。实验证明该算法增加了边缘提取的精度和一致性,同时显著地降低了计算复杂度。     

一种基于自适应陷波器的科氏流量计频率解算新方法

为提高科氏流量计信号的初始收敛速度和频率跟踪精度,提出了一种频率解算的新方法:首先采用基于burg算法实现的格型IIR自适应陷波器对信号滤波,并短时间跟踪信号频率,其接近收敛时基于简化梯度算法实现的格型自适应陷波器开始并行工作,待简化梯度算法实现的格型自适应陷波器收敛后,前者停止工作,简化梯度算法实现的格型自适应陷波器持续工作直至结束。仿真及实验结果表明,本方法可以获得更快的收敛速度、更高的频率跟踪精度。     

基于改进粒子群算法的自适应陷波器设计

在信号处理中,接收信号常伴随着干扰和噪声,这就需要最优滤波器来实现,其中工频干扰的消除则以自适应陷波器为最优。利用粒子群算法自适应地调节其权值,得到与干扰信号接近的期望信号,最终达到消除干扰得到有用信号的目的。同时,针对此算法存在局部收敛和收敛速度不高的问题,提出了改进方法。计算机仿真结果表明了该改进粒子群算法在自适应陷波器设计上的有效性,并取得了较高的效率。     

自适应陷波滤波器的改进及其在轧辊偏心控制中的应用

本文针对自适应陷波滤波器在工程应用中存在的问题,以及轧钢机轧辊偏心控制问题的特点,提出了一种自适应陷波滤波器的改进方案。并对改进的自适应陷波滤波器轧辊偏心控制中的应用进行了讨论。     

自适应极化滤波的抗干扰性能研究

针对极化域这一崭新的电子对抗(ECM)领域,研究了基于卡尔曼滤波的自适应极化滤波技术.该技术在雷达信号间歇期进行干扰极化状态的估计,在雷达信号存续期进行自适应极化滤波.理论分析和仿真结果均表明该技术具有极高的极化估计精度,在抑制干扰的同时,可提高信干比约40 dB.