基于扩展卡尔曼滤波器的无人机状态估计

在无人机飞行过程中,由于低成本无人机对状态反馈不准确和外部干扰对传感器的影响,导致飞行时间一长会出现漂移现象,使得无人机产生浮动等不良问题。为了解决这些问题,提出一种适用于小型无人机状态估计的四元数扩展卡尔曼滤波数据融合算法,该算法通过建立四元数系统观测模型和传感器量测模型,解决了低成本传感器对无人机位置和姿态直接测量的低精度和易被外界干扰的问题,有效提高了状态估计的精度。仿真实验验证了算法的有效性。     

输电线路杆塔接地状态在线监测技术研究

采用人工方式监测输电线路杆塔接地状态时,存在测量时间较长,无法及时监测故障点的弊端,因此研究一种输电线路杆塔接地状态在线监测方法。分析输电线路杆塔接地在线监测原理,获取故障发生时接地电位与入地电流,修正不同形状接地装置,利用平均电位求出输电线路杆塔接地电阻,再计算加入埋深与降阻剂的输电线路杆塔接地装置电阻,以及考虑4个基础接地电阻并联得到的最终接地电阻;故障检测器中设定电流数值,若通过该输电线路杆塔工频接地电流比设定电流大,则故障指示器提示故障,接地电流短路时,依据差动电路原理通过传感器确认故障杆塔位置。实验结果表明,该方法可准确检测出输电线路杆塔接地电阻与故障点准确位置,监测电阻误差均低于0.1Ω,监测效率高。     

基于离散四元数余弦变换的彩色图像数字水印技术

将离散四元数余弦变换(DQCT)应用于彩色图像的数字水印技术中,提出了一种在彩色图像中嵌入水印的新技术。应用四元数理论把彩色图像作为一整体进行余弦变换,在彩色宿主图像的DQCT域中实现彩色水印图像的嵌入。实验表明,该方法具有较好的抗压缩能力,对高斯噪声、椒盐噪声和缩放攻击具有较好的鲁棒性。     

基于四元数的SINS静基座大方位失准角误差建模

针对经典大方位失准角条件下捷联惯导系统(SINS)非线性初始对准模型不能精确表达姿态误差的传播特性,依据惯导系统姿态的旋转矢量表示法,提出了基于四元数微分方程推导的姿态误差模型,模型最终的表达也由欧拉角微分方程给出。基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的静基座对准试验表明新的姿态误差模型对方位角失准角范围要求由10°内放宽到25°内,提高了在大方位失准角条件下初始对准的精度,表明模型的准确性有明显提高。     

线性多步算法解算四元数微分方程的误差分析

本文详细推导了解算四元数微分方程的线性多步算法，并构造了解算四元数微分方程的预测-校正算法．通过对算法的误差分析，将预测．校正算法进行改进，得到预测-校正-改进算法．此算法不仅具有较好的稳定性，而且精度较预测撒正算法提高了计算步长的一个数量级．     

基于四元数的四旋翼飞行器姿态解算研究

四旋翼飞行器的飞行控制效果取决于姿态信息获取的准确性,所以姿态解算是飞行器研究的关键技术。针对目前飞行器高动态特性和复杂环境下的姿态解算误差较大的问题,提出一种基于四元数的二阶互补滤波算法,通过增加一个PI反馈控制环节,能更好地利用多传感器进行姿态融合,使经典互补滤波算法中的低通阻带衰减速度过慢、陀螺仪漂移等问题得以改善。同时文中自主设计了IMU系统,完成数据采集和姿态解算算法的实现,分别进行三轴转台实验,改进后姿态解算的结果表明,无论是在静态还是动态环境下,俯仰、横滚角的误差小于0.5°,验证了该算法的可行性。     

彩色图像的四元数径向矩仿射不变量

为了研究彩色图像的不变量特性,本文把传统灰度图像的不变量理论推广到四元数层面上来,定义了彩色图像的四元数径向矩并构造了该矩函数的仿射不变量。采用四元数对彩色图像建模,可以充分利用彩色图像整体信息,实现彩色图像RGB通道的并行处理。实验结果表明,彩色图像的四元数径向矩仿射不变量的稳定性要优于L.V.Gool等人提出的彩色矩仿射不变量,其数值稳定性(σ/μ值)提高了一个数量级。本文所提出的四元数径向仿射不变量可以作为模式识别中彩色目标的特征描述子。     

基于四元数奇异值分解的视频质量评价方法

准确的客观视频质量评价方法对于视频应用发展是至关重要的.近年来,图像质量评价方法已经比较成熟,而视频质量评价方法与图像质量评价方法在性能上的差距仍然较大.本文提出一种基于四元数奇异值分解的客观视频质量评价方法,该方法将像素的亮度、色度、边缘能量和残差能量作为四元数的四个部分,并用熵作为视觉感兴趣系数对块加权.在视频质量...     

基于四元数主成分分析的人脸识别算法

本文把四元数矩阵运算引入主成分分析,提出了一种应用于彩色图像的四元数主成分分析人脸识别算法。该算法首先用四元数矩阵模型表示彩色人脸图像,然后求该四元数矩阵的协方差矩阵,及其特征向量,通过将彩色人脸图像投影到四元数协方差矩阵特征向量组成的特征空间,比较其与已知人脸在特征空间的位置,从而达到识别彩色人脸的目的。实验表明,采用该算法能得到比经典的特征脸法更高的识别率。     

基于四元数的四轴无人机姿态的估计和控制

介绍一种只需少量计算就可实现四轴无人机姿态的估计和控制的新颖方法。整个算法采用四元数表示,四元数运算基于惯性测量单元(IMU)的加速度和陀螺仪传感器。姿态估计使用四元数代替三角函数,允许用加速度数据分析推导和优化梯度下降算法来减少由陀螺仪传感器产生的误差。姿态控制将当前姿态与目标姿态的姿态误差反馈到PD控制器来实现想要的目标姿态。姿态估计中用到的梯度下降算法通过四元数对应的欧拉角的均方误差验证,静态均方误差小于0.945°。实际的飞行测试可以实现一个稳定的飞行,同时验证了姿态控制算法。     

基于卡尔曼滤波数据融合的温室监控系统

为实现温室农作物生长数据的实时采集和监测,设计了基于多传感器的无线监控系统.系统介绍了卡尔曼滤波的数据融合算法的实现及仿真,结果表明,卡尔曼滤波算法可以有效降低采样点数,提高传感器测量精度,耗能低,实时性好.农户通过上位机就能实时掌握草莓生长环境信息,利用融合后的数据控制执行机构进行相关操作,从而达到高产的目的.     

基于nRF905的立体车库无线监控系统

为了解决立体车库的数据监控问题,结合嵌入式操作系统μC/OS-II,S3C2440作为中央控制器,ds PIC30F6014单片机作为辅助控制器,利用挪威Nordic公司的n RF905无线收发模块构成的无线数据监控系统,替代目前数据的有线传输,让信号传输更稳定,将嵌入式带到立体车库中,解决了系统的可控性和智能性,文中详细的叙述了系统设计的原理以及软硬件设计实现方法。     

基于虚拟仪器技术的雷达状态监测系统

针对国产雷达设备普遍缺少监控点以及通用仪表在对设备状态监控方面的限制,提出利用虚拟仪器技术建立雷达状态全面检测系统。介绍了虚拟仪器技术和数据采集技术的工作原理,叙述了虚拟仪器技术涉及的硬件组成和支持软件,比较了用虚拟仪器技术构建的检测系统和由常规通用仪表对设备状态进行监测的优点,并结合特定的雷达系统——180精密测量雷达,阐述了监测系统构建方法,并针对雷达特点提出了切实可行的监测点以及设计监测点的意义和目的。以图形和数据的形式显示监测结果,直观方便,对于提高雷达系统的可用度具有重要的意义。     

鲁棒四元数平方根容积卡尔曼滤波算法

针对姿态估计领域中,当系统观测噪声不完全服从于高斯分布或观测量中含有野值时,传统的四元数卡尔曼滤波算法会降阶,使滤波估计性能降低等问题,提出了一种鲁棒化的四元数平方根容积卡尔曼滤波算法。通过研究引入M估计的Huber鲁棒化滤波框架,对四元数平方根容积卡尔曼滤波算法的量测更新进行修正,增强滤波估计的鲁棒性。以SINS/GPS位置松组合为应用研究背景,在不同仿真环境下,对比验证所提出算法对于姿态、速度和位置估计效果,试验结果表明,所提出算法具有更好滤波鲁棒性和稳定性。     

一种基于Kalman滤波的陀螺误差标定方法

针对微惯性连续测斜装置中陀螺测量精度受噪声干扰、安装误差和零漂的影响,提出了一种基于Kalman滤波的陀螺误差标定方法。以微型石英振动陀螺仪为研究对象,运用Kalman滤波对陀螺的原始测量值进行滤波,分析陀螺零漂随温度的变化关系,结合已有的误差标定模型,得到了一种改进的全温范围内的陀螺误差标定模型。通过实验验证,与传统标定方法相比,提出的陀螺标定方法的测量精度提高了1~2个数量级,验证了该标定方法的可行性,对工程应用具有重要意义。     

基于Kalman预测的四轮转向状态估计算法

针对车辆运动状态测量存在的成本高、难度大问题,提出了一种基于Kalman预测技术的车辆状态估计算法,该估计算法以线性二自由度的车辆模型为基础,对四轮转向过程中车辆横摆角速度、车辆侧向加速度分别进行估计,并与实测结果对比分析,结果表明,Kalman预测算法能准确估计四轮转向时车辆的横摆角速度、侧向加速度,并结合车速信息对4WS转向车辆采用低速时,前后轮采用反向转向、高速时前后轮采用同向转向的控制策略,以实现汽车低速行驶的机动性和高速行驶的操作稳定性。     

基于NB-IOT的掘进机运行状态监测系统设计

针对现在大型机械开掘隧道时事故频发现象,本文设计了一种基于窄带物联网(NB-IOT)和传感器的状态监测的系统.在远程监测中,采用低功耗微处理器STM32L151结合高精度传感器,对掘进机容易出故障的关键部位和工作环境中的瓦斯浓度进行检测,采集掘进机设备的状态数据,利用NB-IOT技术进行通讯,将采集到的状态数据传输到云...     

一种变换状态空间的稳定卡尔曼滤波算法

该文在分析了扩展卡尔曼滤波中两种线性化误差的产生原因及其对滤波影响的基础上,针对线性状态方程和非线性观测方程这一类系统,提出了采用一组新的状态量代替原来的状态量,使得观测方程为线性方程,从而避免了因为观测方程线性化导致的观测空间和状态空间的映射关系改变,提高了扩展卡尔曼滤波的稳定性和状态估计的精度。通过一个无源定位与跟踪的计算机仿真试验验证了这种方法的优点。     

基于卡尔曼滤波的RAIM方案研究

为了使卫星导航接收机自主完好性检测算法与卡尔曼滤波位置解算法结合起来,并且有效降低卫星导航接收机自主完好性检测的漏检率和误警率,进而为用户提供实时、准确、可靠的定位定时服务。对卡尔曼滤波位置解算法和卫星导航接收机自主完好性检测算法进行了研究,提出了能够对多个故障进行检测与识别的基于卡尔曼滤波的卫星导航接收机自主完好性检测方案,方案中引入了故障检测调整系数,有效地降低了漏检率和误警率。对方案进行了仿真分析,仿真结果表明方案是可行、有效。     

非高斯系统下卡尔曼滤波算法误差性能分析

针对非高斯噪声对卡尔曼滤波误差性能存在影响的问题,通过计算不同分布之间信息距离的方法来度量噪声分布序列的非高斯程度。分别针对符合高斯分布、均匀分布、伽马分布、瑞利分布的随机噪声序列,在噪声均值和方差相同的条件下,采用卡尔曼滤波算法进行仿真实验,考察其滤波结果的误差性能。实验结果表明:上述三种非高斯分布的非高斯程度不同;非高斯系统和高斯系统滤波结果的误差性能基本一致。