加权观测融合非线性无迹卡尔曼滤波算法

针对非线性系统的无迹卡尔曼滤波器(UKF),应用加权最小二乘(WLS)法,提出了加权观测融合UKF滤波算法.证明了加权观测融合UKF滤波算法与集中式观测融合UKF滤波算法在数值上的完全等价性,因而具有全局最优性.一个带两传感器非线性系统的仿真例子说明了两种融合算法的有效性及等价性.     

基于无迹卡尔曼滤波的无人机毫米波波束跟踪算法

针对无人机收发端相对运动导致毫米波窄波束无法实时匹配这一问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波的三维波束跟踪方法。该方法首先将波束的俯仰角和方位角作为系统状态向量,对其进行无迹变换,获得采样点集。而后,根据采样点集计算出状态预测值和测量预测值,并以此为基础,根据计算出的卡尔曼增益更新状态向量,获得状态向量的最优估计值。仿真结果表明,此方法满足了无人机实时波束跟踪需求,有效地提高了三维环境下毫米波窄波束的跟踪精度。     

基于加性无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法

提出一种基于加性无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法。雷达跟踪系统为离散非线性系统,传统的解决方法是使用扩展卡尔曼滤波。无迹卡尔曼滤波用少量采样点表示随机变量的分布,通过非线性系统传播,能以三阶精度获得非线性变换的均值和方差的估计。用无迹卡尔曼滤波进行雷达目标跟踪。通过Monte Carlo仿真,验证了该滤波算法比传统的扩展卡尔曼滤波具有更高的滤波精度。     

基于无迹卡尔曼滤波传感器信息融合的车辆导航算法

针对复杂道路条件下车辆的导航问题,将全球定位系统(GPS)与车载终端传感器系统相结合,提出了基于多传感器系统的车辆精确定位模型,并针对扩展类卡尔曼滤波易产生突发性误差而导致的安全问题,采用基于Sigma点的无迹卡尔曼滤波器(UKF)传感器信息融合算法。根据实时的道路状况和车辆自身的运动状态给出符合要求的状态估值,实验与基于多项式扩展卡尔曼滤波车辆传感器信息融合算法在精度和效率方面进行了比较,结果表明,基于UKF传感器信息融合的算法在复杂路况下的估计精度和运行效率都有显著提高,能够根据当前的路线情况和车载传感器的反馈信息快速地估计出车辆的运动状态,实时计算出动态的车辆控制输入。     

多传感器信息融合的目标跟踪研究

为了提高红外与毫米波雷达双模制导系统的目标跟踪精度,提出了将UKF用于红外和毫米波雷达的数据处理,采用分布式融合结构,通过对两传感器的滤波协方差矩阵的相关估计,将滤波协方差矩阵和状态估计进行融合。该方法应用于红外与毫米波雷达双模制导系统的目标跟踪仿真,仿真结果表明：与单传感器系统相比,该方法提高了制导系统的目标跟踪精度。     

含有多普勒频率的无迹卡尔曼滤波

针对扩展卡尔曼滤波不含多普勒频率和非线性的缺陷,提出一种新的含有多普勒频率的无迹卡尔曼滤波算法。新算法通过推导观测向量和状态向量之间的函数关系,结合无迹卡尔曼滤波思想,使滤波结果较扩展卡尔曼滤波算法具有更高的精度。最后对新老算法进行了仿真对比分析,结果表明了新算法的有效性和合理性。     

基于序贯无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法

提出一种基于序贯无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法。雷达跟踪系统为离散非线性系统,传统的解决方法是使用扩展卡尔曼滤波。无迹卡尔曼滤波用少量采样点表示随机变量的分布,通过非线性系统传播,能以三阶精度获得非线性变换的均值和方差的估计。为了提高无迹卡尔曼滤波的精度,用序贯无迹卡尔曼滤波方法依次处理方位角、俯仰角和距离,来进行雷达目标跟踪。通过Monte Carlo仿真,验证了该滤波算法比传统的扩展卡尔曼滤波具有更高的滤波精度和更高的计算效率。     

双层无迹卡尔曼滤波

针对无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman fllter,UKF）在强非线性系统中估计效果差的问题,提出了双层无迹卡尔曼滤波（Double layer unscented Kalman filter,DLUKF）算法,该算法用带权值的采样点表征先验分布,而后用内层UKF算法对每个采样点进行更新,最后引入外层UKF算法的更新机制得到估计值和估计协方差.仿真结果表明,相比于传统算法,所提的DLUKF算法可以在较低计算负载下获得较高滤波估计精度.     

基于高斯分布的多层无迹卡尔曼滤波算法

在传统无迹卡尔曼滤波(UKF) 中对其估计精度和计算效率起关键作用的是采样算法, 即构造具有权重的样本点. 研究表明, 带权样本点匹配随机变量的阶矩越高滤波的精度越高, 如多项式无迹卡尔曼滤波(PUKF), 但通常此类算法的复杂度过高甚至难以求解. 为此, 基于高斯分布结合高阶矩匹配与无迹卡尔曼滤波线性扩张方 法(LUKF), 提出一种兼顾效率和精度的高斯滤波离线算法. 实验结果表明, 所提出算法拥有比UKF 更高的估计精度和比PUKF 更好的计算效率.

     

非线性自适应平方根无迹卡尔曼滤波方法研究

针对带有附加噪声且噪声特性未知的系统,提出了一种非线性卡尔曼滤波方法--自适应平方根无迹卡尔曼滤波（NASRUKF）方法,该方法基于平方根滤波的思想,对传统的Sage-Husa自适应滤波算法进行了改进,并与平方根无迹卡尔曼滤波（SRUKF）算法相结合用来进行非线性滤波。该算法能直接对非线性系统的状态方差阵和噪声方差阵的平方根进行递推与估算,确保状态和噪声方差阵的对称性和非负定性。将所提方法通过计算机仿真技术与SRUKF算法进行对比,结果表明NASRUKF方法在滤波精度、稳定性和自适应能力方面均优于SRUKF方法。     

基于Unscented变换的强跟踪滤波器

针对强跟踪滤波器(STF)存在要求非线性函数连续可微和强非线性时滤波性能不佳等理论局限性,提出一种基于Unscented变换的强跟踪滤波器(UTSTF).UTSTF基于STF的理论框架,采用Unscented变换代替STF中的雅可比矩阵计算:UTSTF兼具STF鲁棒性强、Unscented变换精度高、实现简单的优点,有效克服了STF的理论局限性.仿真实例验证了UTSTF的有效性.     

Robust unscented Kalman filter with adaptation of process and measurement noise covariances

Unscented Kalman filter (UKF) has been extensively used for state estimation of nonlinear stochastic systems, which suffers from performance degradation and even divergence when the noise distribution used in the UKF and the truth in a real system are mismatched. For state estimation of nonlinear stochastic systems with non-Gaussian measurement noise, the Masreliez–Martin extended Kalman filter (EKF) gives better state estimates in relation to the standard EKF. However, the process noise and the measurement noise covariance matrices should be known, which is impractical in applications. This paper presents a robust Masreliez–Martin UKF which can provide reliable state estimates in the presence of both unknown process noise and measurement noise covariance matrices. Two numerical examples involving relative navigation of spacecrafts demonstrate that the proposed filter can provide improved state estimation performance over existing robust filtering approaches. Vision-aided robot arm tracking experiments are also provided to show the effectiveness of the proposed approach.     

一种基于卡尔曼滤波的运动物体跟踪算法

针对实时视频监控领域中传统的Camshift算法不能有效解决遮挡和高速运动等问题,提出一种改进的Camshift算法与卡尔曼滤波相结合的运动物体跟踪算法。首先,通过二次搜索来调整搜索窗口的位置和大小,保证Camshift跟踪的可靠性;然后,在Camshift算法的基础上通过卡尔曼滤波对搜索窗口进行运动预测,保证实时跟踪。实验表明该方法具有较好的实时性,并能够有效地解决遮挡等问题。     

基于均值漂移与卡尔曼滤波的目标跟踪算法

均值漂移算法在目标跟踪过程中没有利用目标的运动方向和速度信息,在目标受到干扰时容易跟踪失败,而Kalman滤波能够较为准确地预测目标的速度和位置。因此,提出了一种结合均值漂移与Kalman滤波的跟踪算法,使用Kalman滤波对目标运动速度和空间位置进行预测。根据干扰的不同情况,使用不同的比例因子将两算法的跟踪结果线性加权得到目标的最终位置。实验结果表明该算法是可行有效的。     

基于Kalman滤波的反辐射导弹跟踪噪声源研究

本文研究了被动单脉冲导引头对噪声源的跟踪特性,应用Kalman滤波实现机动噪声源跟踪,同时建立了反辐射导弹对噪声源的跟踪模型,最后通过计算机仿真,验证了该算法的准确性和有效性。     

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.