GPS/INS动态卡尔曼滤波优化算法

GPS/INS组合导航系统动态定位数据的随机误差消除的重要方法是卡尔曼滤波,但运用扩展卡尔曼滤波器进行动态定位滤波时,需要对系统模型和观测模型以及误差模型进行准确建模,特别是载体状态机动时滤波器跟踪能力不强。提出一种GPS/INS组合导航动态卡尔曼滤波的优化算法,引入遗忘因子限制卡尔曼滤波器的记忆长度,充分利用现时的测量数据,改善滤波器的动态性能,并进行计算机仿真实验。仿真结果表明,遗忘因子增加,滤波器的跟踪能力增强,使滤波器达最佳性能。该优化算法比普通的扩展卡尔曼滤波算法的动态跟踪性能好,从而可显著提高导航系统定位精度。     

转换测量值卡尔曼滤波的激光目标跟踪

为了解决在实际的目标跟踪系统中测量方程与运动方程的非线性问题，在传统的卡尔曼滤波的基础上提出了转换测量值的卡尔曼滤波器，并以此为基础在三维空间对其进行了推导。最后结合激光器的特点把它应用于激光跟踪目标的仿真，与扩展卡尔曼滤波相比较，应用转换测量值卡尔曼滤波器进行仿真的精度要明显高于应用扩展卡尔曼滤波器所得到的结果。     

非线性系统的一种改进的Unscented卡尔曼滤波器

作为最近提出的一种非线性滤波方法,Unscented卡尔曼滤波器(UKF)具有易实现、较高的估计精度和中等的计算量等优点。然而,像扩展卡尔曼滤波器(EKF)一样,UKF关于模型不确定性的鲁棒性很差、对初始条件很敏感,容易出现状态估计不准,甚至发散等现象。为了克服UKF的缺陷,基于强跟踪滤波器(STF)理论,通过引入一种多重次优渐消因子在线调整滤波器增益矩阵,提出一种改进的UKF,并通过目标跟踪的仿真实验验证了该滤波器的有效性。仿真实验结果表明改进的Unscented卡尔曼滤波器具有好的鲁棒性,而且能够快速收敛。     

基于强跟踪卡尔曼滤波的陀螺信号处理

针对陀螺传感器测量精度低,严重影响航空光电稳定平台视轴稳定精度的问题,设计了强跟踪卡尔曼滤波器。根据时间序列分析法的基本原理,对经过预处理的陀螺原始量测数据进行AR模型建模,根据该AR模型采用状态空间法设计卡尔曼滤波器,同时为了增强系统的鲁棒性,引入强跟踪算法对卡尔曼滤波中的状态预测方差进行实时调整,构造了强跟踪卡尔曼滤波器。阐述了该算法的理论、原理,并且在某型航空光电稳定平台上进行试验验证。试验结果表明:强跟踪卡尔曼滤波器输出信号的方差减少了44.1%,分散程度降低,同时,相较于巴特沃斯滤波器,最大超调量减少13%,上升时间缩短了3ms,调整时间缩短了37.5ms,使平台具有良好的动态性能。研究表明,强跟踪卡尔曼滤波器可以提高航空光电稳定平台的精度,有较高的实用价值。     

一种车辆机动目标跟踪的多传感器信息融合估计算法

为了保证自动高速公路系统对车辆机动目标的实时、精确跟踪,提出了一种车辆机动目标状态的多传感器信息融合估计算法.建立了车辆运动状态的离散时间多模式非线性动态系统模型,利用当前时刻的各个传感器量测数据,结合交互式多模型和扩展卡尔曼滤波器得到各个局部状态估计值和滤波误差协方差阵,并采用动态加权信息融合准则获得更为精确的车辆融合航迹估计值.通过仿真验证表明这种多传感器信息融合估计算法能实时有效地提高车辆机动目标跟踪精度.     

基于深度前馈神经网络的多基地外辐射源雷达高精度目标跟踪（英文）

在雷达系统中,目标跟踪误差主要来自运动模型和非线性量测。在评估跟踪算法时,其跟踪精度是主要衡量准则。为提高跟踪精度,本文将跟踪问题表述为从量测到目标状态的回归模型,提出一种基于改进深度前馈神经网络（MDFNN）的跟踪算法。所提MDFNN跟踪算法引入一种滤波层来描述输入量测序列的时序关系,并分析了最优量测序列长度。仿真和实测的外辐射源雷达数据测试表明,在所考虑的场景下,所提算法跟踪精度优于基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）、无迹卡尔曼滤波器（UKF）和递归神经网络（RNN）的跟踪方法。     

一种高斯型非线性迭代更新滤波器

针对高斯型非线性滤波器在大初始偏差条件下性能下降、甚至发散的问题,提出了一种新的非线性滤波算法,即迭代更新扩展卡尔曼滤波器（iterated update extended Kalman filter,IU-EKF）。首先,该算法在EKF框架下,将传统的一步量测更新在伪时间上分为多步进行,采用部分增益将当前量测信息逐步地引入量测更新过程实现对状态的后验估计;其次,由于多步量测更新过程引入了每一步的过程噪声,因此将量测噪声与每一步更新后的状态估计误差之间的互协方差代入误差协方差矩阵,再利用此误差协方差矩阵的迹对标准卡尔曼增益矩阵求导并令结果为零,以导出噪声相关条件下的最优卡尔曼增益矩阵表达式;最后,根据后验量测残差自适应地调整迭代更新次数,在保证一定滤波精度的前提下,降低了算法的计算量。以2维目标跟踪问题为例,在大初始偏差条件下,通过仿真实验将本文算法分别与EKF、IEKF、UKF、CKF算法进行对比,并针对不同迭代次数对滤波精度的影响进行对比分析。仿真结果表明：本文算法较EKF大幅提高了滤波估计精度,且在大初始偏差条件下,本文算法性能优于现有经典高斯假设滤波器。同时,当迭代次数按1、2、5、10、20递增时,本文算法的滤波精度也随之提升,但提升幅度逐渐减缓。     

基于伪线性卡尔曼滤波的两站红外无源定位及跟踪技术

建立了目标的两站红外搜索与跟踪系统的伪线性观测模型，基于该模型提出了运动目标的伪线性卡尔曼滤波算法．该算法利用伪线性方程组获得滤波器的初值，从而提高了滤波器的跟踪精度和速度．分别采用伪线性卡尔曼滤波器与推广卡尔曼滤波器对目标进行定位及跟踪的仿真结果表明：在跟踪初始阶段，伪线性卡尔曼滤波的跟踪精度明显优于推广卡尔曼滤波．在近距离范围，不论目标是匀速还是机动运动，两者的跟踪精度都非常高．在远距离范围，当目标机动时，伪线性卡尔曼滤波的跟踪精度明显优于推广卡尔曼滤波；当目标匀速运动时，推广卡尔曼滤波的跟踪精度略优于伪线性卡尔曼滤波．从整个仿真过程可以看出，目标的运动形式对推广卡尔曼滤波性能的影响是非常明显的，而对伪线性卡尔曼滤波性能的影响则很小．     

基于卡尔曼预测的视频目标实时跟踪

在视频目标跟踪中,搜索区间大小直接影响着跟踪的速度和效率.现采用图象坐标系下的卡尔曼滤波预测来指导跟踪,设计了卡尔曼滤波器,对被跟踪目标的运动参数(位置,速度,加速度)进行滤波预测.缩小了搜索区间(减至为匹配模型的大小),提高了系统的实时性和跟踪精度.实验结果表明:在对大运动和大运动大机动两种视频目标的跟踪中,耗时仅为全局搜索的1/4,精度可达3像素以内.     

去偏转换方向余弦位置和多普勒量测跟踪

为解决相控阵雷达方向余弦坐标系下状态空间模型量测方程强非线性的问题,提出了一种带多普勒量测的去偏转换量测跟踪方法.在考虑距离量测误差与多普勒量测误差相关性的基础上,用距离量测与多普勒量测的乘积构造伪量测来减轻多普勒量测的非线性.并通过对方向余弦进行二阶泰勒展开,得到了转换量测误差均值和协方差的一致性估计.最后通过对位置量测和伪量测进行序贯处理解决了伪量测非线性的问题.仿真结果证明:通过引入多普勒量测确实提高了滤波性能;同时相比于常用的扩展卡尔曼滤波器和不敏卡尔曼滤波器,提出的去偏转换量测滤波器在方向余弦坐标系下具有更好的跟踪性能.