基于改进自适应滤波算法的在线标定技术研究

考虑到火箭炮工作环境复杂多变,弹载捷联惯导系统的状态噪声及量测噪声难以精确预知,若标定过程中采用标准卡尔曼滤波肯定会影响标定的效果。针对这一问题,在Salychev O自适应滤波算法的基础上提出了一种改进自适应滤波算法。该算法可实时估计和修正系统状态噪声及量测噪声协方差阵,并通过在量测噪声协方差阵估计过程中加入阈值因子,可有效抑制较大量测误差对滤波的影响。通过建立在线标定误差模型、滤波模型及补偿模型,采用改进自适应滤波算法对弹载捷联惯导系统进行在线标定,仿真结果表明,相较于标准卡尔曼滤波及Salychev O自适应滤波算法,采用该算法对惯性器件误差参数的标定效果更好。     

一种提高雷达导引头对机动目标跟踪性能的自适应滤波算法

为了提高地空拦截弹雷达导引头对机动目标状态估计的精度,在增加系统观测量的基础上,提出了一种针对机动目标跟踪的自适应滤波算法。利用量测残差统计值估计目标的机动状态,自适应的调整状态方程机动频率和加速度极限值;同时利用观测噪声统计估值器,调整观测值方差大小。仿真试验结果表明该算法具有良好的机动目标跟踪性能,并能自适应变化较大的观测噪声。     

基于小波变换的自适应Kalman 滤波算法研究

针对组合导航系统中Kalman滤波在实际工程应用中的不足,以惯性/卫星组合导航系统为背景,提出小波变换技术对量测噪声方差阵进行直接调控的滤波算法。介绍Kalman滤波原理,根据小波变换在时域和频域都有良好的局部化性质,检测量测噪声的变化,实时调整自适应因子,间接改变Kalman滤波器的当前观测和过去信息的比例关系。仿真结果表明:该算法对噪声干扰有较强的自适应性,能有效抑制滤波发散,提高系统的精度和鲁棒性。     

基于新息自适应滤波的惯性测量单元误差在线标定方法研究

考虑到空天飞行器飞行环境和运动特性下导航传感器误差的噪声统计特性不可能完全精确已知,若使用常规卡尔曼滤波进行在线标定,将会导致滤波精度下降甚至发散。设计一种基于新息自适应滤波方法的惯性测量单元(IMU)误差在线标定方案和算法,克服常规卡尔曼滤波需预先知道噪声统计特性的不足,设计包含IMU安装误差、刻度因子误差和随机常值误差在内的27维高阶状态变量的误差标定模型,分析提出可同时对系统噪声和量测噪声协方差矩阵进行动态调整的新息自适应滤波在线标定算法。仿真验证实验表明,相较于采用常规卡尔曼滤波以及Salychev O自适应滤波算法进行在线标定,所设计的新息自适应滤波在线标定方法能更有效实现对IMU误差的动态标定及补偿,进一步提高了惯性导航系统精度。实物验证实验表明,该方法可有效标定IMU误差残差,提高导航精度,为工程应用带来较大便利。     

改进的自适应卡尔曼滤波在SINS 初始对准中的应用

为提高 Sage-Husa 自适应滤波的稳定性,提出一种基于 UD 分解的改进自适应滤波算法。对在线估计的量测噪声协方差阵和状态估计误差方差阵采取UD分解的形式进行标示和更新,结合捷联惯导静基座初始对准模型,对改进自适应算法进行仿真测试。仿真结果表明：在先验量测噪声和状态估计协方差矩阵存在误差的情况下,新算法能够提高对准精度。     

用于实时弹道滤波的Sage-Husa改进算法

为了解决实时弹道测量数据滤波过程中量测噪声统计特性未知且时变的实际问题,对Sage-Husa算法进行了多种改进,提出了改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波（improved Sage-Husa adaptive Kalman filter,ISHAKF）算法。该算法将量测噪声协方差估计矩阵变换为半正定矩阵和正定矩阵之和的形式,保证了量测噪声协方差估计矩阵的正定性,消除了量测噪声协方差估计矩阵非正定导致滤波异常的缺陷。设计了一种自适应遗忘因子,提升了滤波收敛速度,解决了量测噪声统计特性突变时Sage-Husa算法收敛较慢的问题。对卡尔曼增益矩阵进行了抗差改进,增强了算法的鲁棒性,削弱了野值对滤波效果的影响。分别对正定性改进、遗忘因子改进和抗差改进进行了对比仿真实验,对比结果验证了Sage-Husa算法改进的正确性和有效性。通过ISHAKF算法的实例应用,证明了该算法在实时弹道滤波上,具有更高的实时性、自适应性和抗差性,滤波效果提升明显。     

自适应联邦滤波算法在鱼雷多参量导航定位中的应用

针对鱼雷水下航行的特殊性以及组合导航系统中由于量测噪声统计特性的不确定而导致滤波精度降低的问题,提出了一种新的应用于鱼雷导航定位的自适应滤波算法。该算法通过新息自适应量测噪声,在噪声统计特性未知的情况下能进行滤波计算。同时在信息融合时提出一种新的自适应信息分配方法,该方法利用估计的均方误差阵来实时确定各子滤波器的信息分配系数,使信息分配系数能够跟随子滤波器的性能而改变。通过对新算法与标准卡尔曼滤波算法所做的对比仿真试验分析,结果表明,该自适应联邦滤波算法在鱼雷多参量自适应联邦滤波导航定位应用中的有效性。     

控制Kalman滤波器发散的方法研究

针对 Kalman 滤波发散这一工程现象,分析了造成 Kalman 滤波发散的原因和控制 Kalman 滤波发散的机理;重点研究了 SK 强跟踪滤波方法和 Sage-Husa 自适应滤波算法,提出了 SK 强跟踪滤波不发散的自适应遗忘因子的新算法;分析了强跟踪条件下量测噪声阵遗忘因子权重变化的物理意义;推导并指出了 Sage-Husa 自适应滤波算法的局限性。仿真结果证明了所述方法的有效性。     

抗野值自适应Kalman滤波在无人机测风数据处理中的应用

针对无人机风场测量值含连续野值较多,且其噪声统计先验知识不足的问题,运用一种抗野值自适应Kalman滤波算法来提高其测风精度。在对模糊自适应Kalman滤波算法分析的基础上,该算法将一个压缩影响函数加权于滤波方程的新息上,根据新息的方差和均值变化自适应调整修正权值,使修正后的新息序列能够保持原有性质。相关分析结果表明,该算法能有效地克服较大野值和成片野值对滤波的不利影响,保证滤波精度,适用于无人机风场测量。     

基于速度约束与模糊自适应滤波的车载组合导航

针对车载组合导航系统中卫星信号易受遮挡而引起导航精度降低问题,提出采用车辆速度约束条件辅助的组合导航方案。利用车辆正常行驶过程中侧向和天向速度为零作为虚拟观测信息,推导得到卫星信号失效时组合导航滤波量测方程;考虑到Kalman滤波过程中量测噪声协方差矩阵难以获取,推导给出一种新的自适应Kalman滤波（ADKF）算法,该算法计算新息序列实际协方差与理论协方差比值后,利用模糊推理系统（FIS）自适应调节量测噪声协方差矩阵大小;通过光纤捷联惯性导航系统（SINS）进行了验证试验。结果表明：卫星信号失效时,虚拟速度组合能够提高SINS定位精度,其纬度最大误差由41.33 m减小为8.61 m,且采用FIS-ADKF组合导航算法时3个方向 位置精度相比标准Kalman滤波算法提高了60%以上,验证了所提出算法的有效性。     

混合噪声条件下的目标被动定位算法

为提高被动传感器观测噪声为含时变有色噪声、跳变噪声的混合噪声时容积卡尔曼滤波（CKF）算法的滤波精度和稳定性,提出一种自适应容积卡尔曼滤波（ACKF）算法。在ACKF算法中,在基本CKF算法基础上,采用观测重构、待定系数去相关方法,推导得到有色噪声条件下的容积卡尔曼滤波算法。针对时变有色噪声和跳变噪声导致滤波精度受损的问题,引入噪声方差在线修正及有害观测剔除的思想,进行了ACKF算法设计。仿真结果表明,与基本CKF算法相比,ACKF算法在x轴、y轴、z轴3个方向得到的被动定位精度分别提升了24.75％、32.57％和28.48％,具有更高的滤波稳定性和精度。     

自适应卡尔曼滤波在地磁姿态检测中的应用

针对多种噪声源作用下地磁姿态检测系统测量精度不足的问题,利用简化形式的弹丸被动段弹道方程,建立扩展卡尔曼滤波模型,通过对系统噪声、测量噪声和舵机噪声的自适应估计,实现整个滤波过程的自适应化,最后对自适应滤波方法进行了仿真验证。仿真和实验结果表明,自适应卡尔曼滤波算法具有较强的可行性,适用于地磁姿态探测系统。     

非平稳非高斯测量噪声条件下改进差分粒子滤波算法研究

针对非平稳非高斯测量噪声(NSNGN)条件下差分粒子滤波(DDPF)算法状态估计精度低、易发散的问题,提出了一种改进DDPF(IDDPF)算法. IDDPF算法采用高斯混合密度函数近似估计测量噪声,替代传统算法中测量噪声的高斯密度函数近似估计,采用似然函数的对数最大化法求解高斯混合密度函数模型参数,并将该模型应用于粒子权值计算,避免了高斯密度函数近似估计噪声模型所易于导致的粒子退化问题;通过建立水下目标纯方位角跟踪系统模型,将IDDPF算法应用于闪烁测量噪声条件下水下目标纯方位角跟踪问题的求解。50次Monte Carlo对比仿真实验结果表明：在NSNGN条件下IDDPF算法具有跟踪响应快、估计精度高、鲁棒性较好等优点。     

一种抗海浪扰动实时控制信号滤波方法

为了克服伺服控制系统中滤波效果与系统相位裕度不能兼顾,消除高频噪声会损失有用低频信号的问题,以卡尔曼滤波算法为基础,提出了一种抗海浪用实时控制信号滤波方法,该方法运用状态空间法描述系统,采用2阶自回归模型计算系统参数,以递推算法实现计算机实时处理,从而达到大幅降低信号高频噪声,抑制陀螺漂移,提取有用信号的目的。仿真结果表明,该滤波方法简单,实现方便,抑制性好,可有效减小系统的相位损失,消除了高频干扰,对提高系统带宽与系统开环增益有很大贡献。     

基于梯度图像法的激光雷达图像融合滤波算法

为了有效消除激光雷达图像斑点噪声的干扰,针对单一滤波算法的不足,提出一种基于梯度图像法的激光雷达图像滤波融合算法。分析激光雷达图像的噪声特点,综合Lee滤波和小波滤波的优势,该算法利用图像的梯度图像来判断斑点噪声隶属于信号区域还是边缘区域,在边缘点采用小波阈值滤波的结果,在信号区域选择Lee算法的结果达到最好的滤波目的。仿真试验的结果表明:该算法具有很强的散斑噪声抑制能力,能够在噪声滤波和图像信息保持2个方面都能达到很好的效果。     

结合形态滤波与多分辨率 SVD 包的电能质量扰动检测

针对电能质量的扰动检测问题,以电流信号为研究对象,提出结合形态滤波与多分辨率奇异值分解 (singular value decomposition,SVD)包的电能质量扰动检测算法。根据形态学滤波器计算特点,采用余弦结构元素, 对滤除噪声后的信号构造矩阵进行多分辨率 SVD 包分解,通过分解后的高频分量特征检测扰动,结合自适应阈值判 断是否发生扰动,利用仿真对其进行验证。仿真实验结果表明：该算法相较于普通形态学与 SVD 方法有更好的抗噪 能力,且可实现对扰动信号的快速、准确定位。