有色噪声下的平方根UKF在天文自主导航中的应用

针对由星敏感器和光学导航相机组成的卫星天文自主导航系统, 传统的平方根UKF不能很好地解决测量噪声为有色噪声情况下的非线性滤波问题, 导致导航系统的精度下降. 为此, 提出了一种有色噪声情况下的平方根UKF方法. 同时, 为了避免在数值计算的过程中, 由于舍入误差而破坏误差协方差矩阵的正定性和对称性, 在整个递推计算过程中, 借鉴平方根Kalman滤波理论, 采用协方差矩阵平方根进行递推计算, 改善滤波算法的稳定性, 协方差矩阵的平方根更新用cholesky分解和qr分解来计算. 将该方法应用于卫星天文自主导航系统中, 实验仿真结果表明, 相对于传统的平方根UKF算法, 所设计的平方根UKF算法能够很好地解决测量噪声为有色噪声情况下估计精度低问题.     

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。     

机载组合导航系统实际导航性能计算方法

机载组合导航系统的实际导航性能计算是民航实施基于性能的导航(PBN)的关键技术,PBN要求机载组合导航系统能够利用相关数据实现其自身实际导航性能的实时评估计算,从而达到高可靠性要求下的缩小航路间隔,提高空域利用的目的.提出了机载组合导航系统实际导航性能实时计算评估的方法.通过分割卡尔曼滤波器的协方差矩阵获取位置误差矩阵...     

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.     

基于Sigma点Kalman滤波的车载导航系统状态估计

针对扩展卡尔曼滤波(EKF)在车载组合导航系统状态估计问题中的缺陷,本文介绍了一种新的方法——Sigma点卡尔曼滤波(SPKF)用于车载组合导航系统的非线性状态估计。其思想是基于非线性函数的加权统计线形化,SPKF滤波算法能够给出随机变量非线性变换以后更精确的均值和协方差的估计,从而带来更高的精度。最后通过GPS/DR组合导航模型时间序列的状态估计仿真实例说明:同EKF相比,SPKF的滤波精度和稳定性都显著提高了,还可避免计算烦琐的Jacobi矩阵,是一种良好的非线形滤波方法。     

抗差自适应Sage滤波及其在组合导航中的应用

针对卡尔曼滤波需要精确已知状态数学模型及其统计特性的问题,提出一种抗差自适应Sage滤波算法.该方法以Sage滤波为基本框架,吸收了抗差估计和自适应滤波的优点,利用Sage滤波开窗法求得观测残差向量和新息(预测残差)向量的协方差阵,由抗差估计方法确定观测噪声协方差矩阵,利用自适应因子调整动力学模型噪声协方差矩阵,以控制观测异常和动力学模型噪声对导航精度的影响.将提出的算法应用到捷联惯性导航(SINS)/合成孔径雷达(SAR)组合导航系统中,并与Kalman滤波和Sage滤波进行比较分析,仿真结果表明,提出的新算法不但能有效地控制观测异常和动态模型异常对状态参数估值的影响,而且能够抵制状态扰动,提高组合导航系统的滤波精度.     

面向3维空间的移动机器人快速自适应SLAM算法

针对3维空间中移动机器人同时定位与地图构建(SLAM)问题,提出了一种基于改进强跟踪滤波(STF)的快速自适应SLAM算法.该算法首先对于强跟踪滤波器的噪声协方差阵进行在线自适应估计,用于抑制噪声对系统状态估计的影响,使系统状态估计迅速收敛到真实值附近;随后将状态协方差矩阵进行奇异值分解(SVD),提高算法的数值稳定性.该算法可提高对系统时变的自适应能力以及系统状态估计精度.与基于强跟踪滤波器的SLAM算法的仿真对比结果说明了该算法的有效性及其在抑噪性能和估计精度方面的优越性.     

捷联惯性组合导航系统联合自适应滤波器设计磁

为了保证SINS／GPS组合导航系统具有较高的定位精度和抗干扰能力,需要良好的数据处理方法。论文设计了SINS／GPS组合导航系统的联合自适应卡尔曼滤波器。研究了其在舰船组合导航系统随机数据处理中的应用。针对系统噪声和量测噪声未知的情况,采用联合自适应滤波处理组合导航系统较采用基本联合Kalman滤波方法具有更好地稳定性。理论分析与仿真结果表明,该联合自适应卡尔曼滤波器的设计合理,能够加快计算速度,实现实时滤波计算,提高系统的导航精度和容错能力,取得了很好的估计效果。     

改进的强跟踪SVD-UKF算法在组合导航中的应用

针对无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter,UKF）在系统强非线性或状态模型不精确的情况下,存在滤波精度降低甚至发散的问题,提出一种改进的强跟踪SVD-UKF算法。该算法采用奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）的方法改进UKF中状态协方差矩阵的迭代,保证协方差矩阵的非负定性及迭代的稳定性;算法基于强跟踪滤波（Strong Tracking filter,STF）理论框架,对改进的SVD-UKF引入多重渐消因子自适应调整状态协方差矩阵,在系统状态发生突变的情况下,实现系统真实状态的强跟踪。将该算法在BDS/INS组合导航中仿真验证,结果表明了该算法的有效性。     

有限时间一致无迹Kalman滤波器

本文研究多个传感器测量非线性系统时的分布式无迹Kalman滤波器(Unscented Kalman filter, UKF)的设计问题.借助离散多智能体系统有限时间平均一致算法的思想, 针对无向通信和有向通信网络分别设计了两种不同的滤波算法.对于无向连通的通信拓扑, 利用节点存储的一致性算法的迭代值构造差向量, 由该差向量构成的Hankel矩阵的核来得到分布式无迹Kalman滤波器, 并通过利用误差协方差矩阵的逆来构造Lyapunov函数, 基于随机稳定性引理证明了该有限时间一致无迹Kalman滤波器的稳定性.对于有向强连通的通信拓扑, 结合比率一致和Hankal矩阵的核来设计分布式无迹Kalman滤波器, 该滤波器的稳定性与无向通信拓扑的滤波器相同.最后, 通过仿真例子来验证所提滤波器的跟踪效果.     

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。     

基于自适应扩展kalman滤波的SINS/GPS深组合研究

针对SINS/GPS组合导航系统噪声随时间变化引起卡尔曼滤波精度下降的问题,提出了一种噪声统计特性在线估计的自适应扩展卡尔曼滤波算法。算法首先基于新息序列实现了对观测噪声协方差的实时估计,然后基于系统方程采用协方差匹配算法完成了对过程噪声的实时跟踪。算法中尺度因子的引入进一步减小了泰勒展开造成的高阶截断误差,提高了滤波精度。仿真实验结果说明,与传统卡尔曼滤波算法相比,该算法能够实现对过程和观测噪声的完全估计,鲁棒性和精度都有明显提高。     

基于改进衰减记忆滤波的组合导航算法研究

关于优化组合导航系统定位精度问题,由于惯导系统为非线性系统,存在滞后和噪声特性,影响系统定位精度,传统卡尔曼滤波器滤波一段时间后,系统预测误差方差阵逐渐趋于零,状态估计过分依赖旧量测值,从而导致滤波发散,系统定位精度差。目前采用在预测误差方差阵中引入标量衰减因子来抑制发散,但该标量因子是不变量,难以修正所有状态估计异常的情况。为有效提高新量测值对预测值的修正作用,研究了一种改进的衰减记忆滤波算法,通过引入可变加权系数来抑制发散。经数值仿真结果表明,新算法的滤波效果相比卡尔曼滤波和带标量因子的衰减记忆滤波有较明显的改善,提高了系统的定位精度,对工程应用有一定参考价值。     

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。     

基于间歇测量的状态估计稳定性和精度研究*

针对分布式控制系统状态估计过程出现的测量值丢失问题,本文量化分析测量值丢失对估计稳定性和精度的影响。首先,根据随机测量模型重新推导带测量值丢失的卡尔曼滤波器,得到估计误差协方差迭代式。然后,将随机误差协方差迭代式建模为修正的黎卡提微分方程,提出了估计稳定性和精度分析方法。最后,列举不同的系统实例,证明临界包到达率的存在性,当测量值到达率大于临界值时,平均误差协方差从发散过渡到有界,进而得到估计精度与包达率之间的函数关系。     

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。     

基于单领航者相对位置测量的多AUV协同导航系统定位性能分析

自主水下航行器 (Autonomous underwater vehicle, AUV) 的协同导航是解决水下导航定位问题的重要方法, 其中导航系统的定位误差增长特性是衡量其定位性能的关键指标. 本文针对单领航者相对位置测量的多 AUV 协同导航系统, 利用扩展卡尔曼滤波方法建立了导航系统的整体定位误差关于相对位置量测误差的传递方程. 在此基础上, 通过求解系统定位误差随时间演化的代数黎卡提方程, 得到了其在稳态情形下的方差上界估计. 理论分析表明, 单领航 AUV 协同导航系统的整体定位误差有界收敛且与初始化滤波方差无关, 具有良好的综合性能. 最后, 仿真实例验证了文中理论分析结果的正确性.