EKF和互补滤波器在飞行姿态确定中的应用

设计了一种旋翼飞行姿态参考系统,采用基于加速度计和陀螺仪的惯性测量组合(IMU)测量飞行姿态数据。采集实测数据并运用Allan方差分析法分析其噪声特性,建立传感器模型;针对旋翼飞行器分别应用经典扩展Kalman滤波(EKF)算法和互补滤波算法进行姿态解算。在详细阐述2种算法的原理与实现的基础上,进行飞行器平台实验验证。研究结果表明2种算法均有效,且互补滤波器相对经典Kal-man滤波器更为简单、有效。     

基于组合滤波的低成本飞行器姿态解算算法

在低成本的飞行器姿态检测系统中,互补滤波器由于原理简单、计算量小,而被广泛应用。针对低成本飞行器在非匀速运动时因为加速度计不能区分重力加速度与运动加速度引起基于互补滤波的姿态解算误差较大的问题,提出了一种互补与自适应限幅组合滤波的姿态解算算法,并给出了自适应限幅滤波门阀的设计方法。通过融合陀螺仪输出的角速度与加速度计输出的加速度获取限幅滤波的限幅阀值;然后将归一化的加速度计输出增量通过限幅滤波的结果代替原互补滤波的加速度计输入,提高非匀速运动下姿态解算精度。经实际系统实时性能测试表明,所提算法估计精度高、计算量小,易于在低成本飞行器控制系统中实现。     

蛇形机器人互补滤波和四元数的姿态解算

针对蛇形机器人姿态解算问题,陀螺存在漂移特性,加速度计的测量值包含重力加速度和运动加速度,磁强计易受周围环境地磁干扰,并且蛇形机器人采用嵌入式微处理器,需要减少计算量.设计了用互补滤波器来实现惯性传感器的数据融合,用四元数进行姿态解算的方法.经过实验验证表明：采用互补滤波和四元数进行姿态解算能有效融合各个惯性传感器的数据,计算量小,能够满足蛇形机器人对精度和实时性的要求.     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合技术研究

针对应用三轴陀螺仪和三轴加速度传感器的四旋翼飞行器姿态角测量问题,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器信号融合方法。该方法将陀螺仪输出的角速度误差作为时变误差处理,认为陀螺仪输出的角速度误差与其所测角速度及上一时刻的角速度输出误差相关,并据此建立陀螺仪测量线性方程,在此基础上,应用Kalman滤波算法,以加速度计输出的姿态角对陀螺仪测量的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。实验结果表明：应用Kalman滤波算法对加速度传感器和陀螺仪信号融合后可有效消除姿态角测量累积误差并显著改善姿态角测量的动态特性。     

互补滤波算法在四旋翼飞行器姿态解算中的应用

针对四旋翼飞行器飞行过程中的姿态最优估计问题,本着准确、快速的原则,选择了基于陀螺仪、加速度计和电子罗盘的捷联式惯性测量系统.由于这些传感器存在温度漂移和噪声干扰等问题,采用互补滤波算法,通过融合IMU多传感器的数据信号,对测得的姿态数据进行补偿修正,解算出高精度的姿态角.为了验证互补滤波算法的有效性和实用性,通过实际的四旋翼飞行器角度测量系统对互补滤波算法展开研究.结果表明姿态角解算中采用互补滤波算法能够快速、稳定的输出高精度姿态数据,姿态角最大跟踪误差控制在±2°以内,满足四旋翼飞行器飞行控制的要求,成功完成了姿态的最优估计.     

基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究

针对传统人体姿态解算算法中存在MEMS陀螺误差发散快的问题,提出一种基于微惯性测量单元( MIMU)及磁力计信息融合的姿态解算算法。该算法利用互补滤波结合PI调节控制完成陀螺零偏校正,然后在加速度计和磁强计的辅助校正下,通过EKF( Expand Kalman Filter)滤波器更新四元数法实现陀螺姿态解算。本算法采用MPU9150传感器模块完成测试实验,实验中对比分析了单独扩展卡尔曼滤波算法与本算法的滤波效果。实验结果表明,本算法能够有效地抑制陀螺的发散,实现稳定地输出高精度姿态数据。     

基于行人运动模态辨识的室内外无缝导航航向算法研究

目前行人导航航向解算算法均基于导航传感器在行人身体上的固定安装模式,或者依赖其他射频信息辅助修正陀螺航向,这极大约束了导航传感器的适用条件.为此,利用陀螺对低频噪声的敏感性及加速度计低频的稳定性,提出了解决行人手持手机稳态查看与非稳态摇摆的运动模态辨识算法和基于时域互补滤波器实现姿态的最优融合方法;研究了改进型互补滤波以消除行人的运动加速度对姿态解算的干扰误差,提高了载体姿态的测量精度;此外,利用磁传感器标定后的数据设计了自适应卡尔曼滤波算法,抑制了航向角的误差发散.经实际数据测试验证,室内外行人手持稳态与非稳态下的航向角测量精度提高了80%,同时大大提高了导航传感器的适用性与便携性,满足实际工程的使用需求.     

多传感器滤波融合的惯性定位算法

针对在导航系统姿态解算中,陀螺仪和电子罗盘在解算姿态时分别存在积分误差和磁场干扰的问题,提出了利用Kalman滤波和互补滤波相融合的算法进行定位。首先将电子罗盘和陀螺仪通过Kalman滤波得出最优估计四元数,然后利用互补滤波算法对陀螺仪的漂移进行补偿得到校正后的四元数,将此次得到的四元数和Kalman滤波得出最优估计四元数再次通过Kalman滤波对四元数进行第二次最优估计,进而输出姿态角。实验中对比了本算法和互补滤波算法、无滤波算法的效果。实验证明,该算法不仅可以有效解决方位角误差发散问题,还有效解决了磁场干扰问题,实现了高精度的方位输出。     

一种多滤波器组合导航数据融合方法

针对组合导航系统中使用单天线GPS接收机时导致姿态角不易收敛的问题,提出了一种互补滤波器和卡尔曼滤波器相结合的数据融合算法;该方法首先通过MEMS惯性传感器与磁强计设计了一种互补滤波算法;针对载体在变速运动过程中加速度计的倾角测量值有较大误差,影响互补滤波器输出精度的问题,通过GPS接收机和加速度计设计了卡尔曼滤波模型,将卡尔曼滤波器输出速度的微分量反馈给互补滤波器,实现了对互补滤波器中载体运动加速度的补偿;基于以上解算方法,以FPGA为核心处理器设计了组合导航系统并进行了车载实验;实验中,该方法有效补偿了汽车变速过程中的倾角测量误差,证明了该方法的有效性。     

示教机械臂姿态解算改进方法仿真研究

在示教机械臂姿态解算精度优化的研究中,针对使用单组传感器进行数据融合,姿态解算的传统方法中存在的精度低,稳定性差的问题,设计了一种组合MEMS传感器的姿态解算方法。将六组传感器安装于载体坐标系三个轴上,分别测量两组传感器数据。以传感器量测数据与四元数估计数据的向量积代替姿态角误差作为互补滤波器的输入量,分别利用模糊控制器和PI控制器,根据互补滤波原理调节陀螺仪输出量。通过拓展卡尔曼滤波器进行姿态估计,得到更精确的四元数,进而转化为姿态角。仿真结果表明,在静态和动态情况下,多组传感器组合调节后的姿态角数据相比单组传感器PI调节在姿态角精度和系统稳定性上有进一步提高。     

基于窗函数和特征滤波器的半带滤波器设计

研究半带滤波器设计优化问题.半带滤波器是一种特殊的低通FIR数字滤波器,通带和阻带关于二分之一Nyquist频率对称,因而有近一半的滤波器系数为0,用来实现数字滤波可以大幅度地减少运算量,有利于滤波器的实时实现.为实现上述优化,采用两种方法来设计半带FIR滤波器,一种是传统的窗函数法,一种是特征滤波器法.基于半带FIR滤波器的频率特性,用窗函数法和特征滤波器法的半带FIR滤波器仿真结果表明,提出的方法为半带滤波器优化设计提供了参考.     

Digital Filter Algorithm Based on Morphological Lifting Scheme and Median Filter

When the circuits in which electronic products are fitted are disturbed by various interrupting signals, wave distortions occur to the normal voltage signals of these circuits. These wave distortions influence the normal operation and life cycle of electronic products. To eliminate the harmful effects of interrupting signals on electronic products, in this paper, a digital filter algorithm based on morphological lifting scheme and median filter (MLS-MF), which will be used to filter various interrupting signals existing in the circuits in which electronic products are fitted, is proposed. A variety of interrupting signals have been included in simulation studies, and simulation results have demonstrated the effectiveness and feasibility of the proposed digital filter algorithm in high frequency continuous interference, random background noise and damped oscillatory transient interference filter.      

伪球滤波和边缘检测

提出了一种图像滤波器——伪球滤波器.在伪球滤波器中,除了尺度参数外,还引入了边缘保持参数,因而它能较好地解决传统滤波器的平滑性能与边缘定位精度之间的矛盾.以伪球滤波器取代经典Canny边缘检测算子中的高斯滤波器,得到一种基于伪球的边缘检测算子.模拟图像和真实图像的实验结果表明,与经典的Canny边缘检测算子相比,在具有相当平滑性的条件下,基于伪球的边缘检测算子对边缘定位具有更高的精度.     

K分组合型Bloom Filter方法的设计

Bloom Filter是一种采用位向量表示数据集合并利用Hash函数支持有效数据查找的方法.它能够很好地判定某个元素是否属于给定的集合.拆分型Bloom Filter是Bloom Filter的一种改进,它能较好地缓解分布式环境下集合元素动态增长导致的查找误称率增大问题.作为一种新的K分组合型Bloom Filter,通过与Bloom Filter和拆分型Bloom Filter比较分析的结果表明,该方法能够在误称率、向量空间和平均判定时间3个指标中得到较好的平衡.     

基于URL过滤与内容过滤的网络净化模型

在信息时代里,信息爆炸似地增长着,而为数众多的不良信息充斥其中。针对这种现状,许多的公司与研究机构都提出了自己的过滤模型。文中在研究过去模型的基础上,提出了一种高效可靠的网络净化模型。该模型在运用WCCP协议的前提下,结合了URL过滤和内容过滤这两种过滤方法对网络信息进行过滤,改进了传统的URL过滤算法。     

在IP包过滤中状态TCP包的过滤研究与设计

IP包过滤防火墙是构造整体网络安全系统的必不可少的部分。传统的IP包过滤防火墙有许多的缺陷,解决方法之一是使防火墙具有状态过滤能力。以TCP为例,状态过滤机制不仅能根据ACK标志和源、目的地址及端口号进行过滤,还能根据TCP包里的序列号和窗口大小来决定对该包的操作。这样可以防止一些利用TCP滑动窗口机制的攻击。在IP包过滤里加入状态过滤机制不仅能阻止更多的恶意包通过,还能提高IP包过滤的过滤速率(这对防火墙来说是很重要的)。     

适用于有源电力滤波器的抗混叠滤波器设计

本文遵循从实际情况出发的思路,详细给出了抗混叠滤波器的各个性能指标的选择依据,最后运用matlab软件设计出了相应滤波器的模型并验证通过,旨在提出一种清晰的设计思路,为实际应用电路的设计提供理论指导。     

一种新型的混合滤波器的设计与实现

对空间域的常用噪声滤波技术的不足进行了分析,提出了一种线性与非线性混合滤波算法。该算法充分结合了中值滤波器和均值滤波器的优点,比均值滤波器和中值滤波器具有更好的抑制噪声的能力,能较好地保持图像的边缘和几何结构细节。最后给出了几种滤波技术的滤波效果比较图,验证了文中提出的滤波新方法对椒盐噪声和高斯噪声的滤除能力。     

矩形形态滤波器

矩形形态是一种最基本的灰度形态,在图像分析中有着重要的应用．为有效地检测出图像中的矩形形态,提出了一种矩形形态滤波器．首先定义了矩形形态滤波器的结构元素,然后定义了两种滤波模式：序位滤波和序位均值滤波．实验结果表明,矩形形态滤波器可以有效地从二值图像、二值噪声图像和灰度图像中检测出指定大小和方向的矩形形状．     

一种新型的混合滤波器的设计与实现

对空间域的常用噪声滤波技术的不足进行了分析,提出了一种线性与非线性混合滤波算法。该算法充分结合了中值滤波器和均值滤波器的优点,比均值滤波器和中值滤波器具有更好的抑制噪声的能力,能较好地保持图像的边缘和几何结构细节。最后给出了几种滤波技术的滤波效果比较图,验证了文中提出的滤波新方法对椒盐噪声和高斯噪声的滤除能力。