基于组合导航系统的非线性高斯滤波算法

由于组合导航系统具有强非线性和模型不确定性的特点, 工程中扩展卡尔曼滤波无法满足组合导航系统实际应用的要求. 为此, 针对贝叶斯框架下高斯类非线性滤波算法的估计性能给出具体分析. 首先, 在估计点处对非线性函数进行泰勒展开获得泰勒近似, 通过一阶矩和二阶矩分析滤波算法的近似精度; 然后, 通过数值稳定性对非线性滤波算法进行分析; 最后, 分别采用低维和高维模型对各滤波算法进行对比分析, 为组合导航系统的实践提供借鉴.

     

一种基于GHF 的高斯粒子滤波算法

高斯粒子滤波算法重要性权值方差不会随迭代次数的增加而增加, 能够较好地解决粒子退化问题, 但其重要性密度函数没有考虑最新的量测信息, 导致有效粒子数减少, 算法滤波性能下降. 针对该问题, 提出一种基于Gaussian-Hermite 滤波(GHF) 的高斯粒子滤波算法, 采用GHF构造高斯粒子滤波的重要性密度函数, 考虑最新的量测信息, 增加有效粒子数, 提高算法的滤波精度. 仿真结果表明, 所提出算法的滤波精度明显优于高斯粒子滤波算法.

     

基于SRCKF 的自适应高斯和状态滤波算法

针对非线性非高斯离散动态系统中的状态估计问题,基于高斯和递推关系,提出一种高斯和状态估计算法GSSRCKF.首先将状态噪声、观测噪声及滤波初值均表示为高斯和的形式,以平方根容积卡尔曼滤波为子滤波器分别估计各高斯子项对应的系统状态;然后结合各子项对应的权值实现全局估计;最后设计高斯子项对应权值的自适应策略,并采用约简控制法降低计算复杂度.仿真结果验证了所提出的算法在滤波稳定性方面的优越性.     

基于容积粒子滤波的时延差定位估计算法

在基于粒子滤波的时延差定位估计方法中, 重要密度函数的选取将直接影响估计的性能, 为此, 提出了基 于容积粒子滤波的时延差估计(BCPF-TDE) 算法. 该算法利用最新的数据检测信息, 通过容积卡尔曼滤波(CKF) 获 取粒子滤波的重要性密度函数. 仿真实验表明, 在粒子数目相同的情况下, 基于容积粒子滤波的时延差估计(BCPF- TDE) 方法与基于扩展粒子滤波的时延差估计(BEPF-TDE) 方法相比, 定位估计误差只有后者的50% 左右, 而运行时 间相当.

     

容积法则辅助的交互式多模型滤波算法

交互式多模型滤波(IMM) 的交互环节使得系统状态量不再服从单纯的高斯分布, 用现有方法对其概率分布的估计存在较大的误差. 对此, 考虑到模型的混合概率是时变的, IMM的交互过程可以用非线性方程来描述, 因而采用容积卡尔曼滤波(CKF) 中的容积法则对高斯随机变量经非线性函数传播后的概率分布进行估计, 并从理论上证明了容积法则的近似精度. 仿真实验表明, 由于提高了对交互后随机变量概率分布的估计精度, 所提出的方法能够有效改善IMM在量测噪声较大时的滤波效果.

     

基于容积卡尔曼滤波的神经网络训练算法

针对现有的利用非线性滤波算法对神经网络进行训练中存在滤波精度受限和效率不高的缺陷, 提出一种基于容积卡尔曼滤波(CKF) 的神经网络训练算法. 在算法实现过程中, 首先构建神经网络的状态空间模型; 然后将网络连接权值作为系统的状态参量, 并采用三阶Spherical-Radial 准则生成的容积点实现神经网络中节点连接权值的训练. 理论分析和仿真结果验证了所提出算法的可行性和有效性.

     

传感器故障条件下的自适应UKF 算法

针对目标跟踪中传感器故障导致滤波发散或者滤波精度不高的问题, 提出一种自适应无迹卡尔曼滤波(UKF) 算法. 该算法在滤波过程中, 根据自适应估计原理引入自适应矩阵因子, 实时调整系统状态向量和量测新息向量的协方差, 以满足无迹卡尔曼滤波算法的最优性条件, 并采取措施对滤波发散的情况进行判断和抑制. 与传统UKF和已有自适应UKF算法相比, 该自适应UKF算法显著提高了滤波精度和数值稳定性, 且具有应对传感器故障的自适应能力. 仿真实验结果表明了所提出算法的有效性.

     

基于矩阵对角化变换的高阶容积卡尔曼滤波

为了提高高阶容积卡尔曼滤波器(CKF)的滤波性能, 提出一种基于矩阵对角化变换的高阶CKF 算法. 该算法基于高阶容积准则, 利用矩阵对角化变换代替标准高阶CKF 中的Cholesky 分解, 使得协方差矩阵分解后的平方根矩阵保留了原有的特征空间信息, 状态统计量计算更加准确, 从而提高了滤波精度; 同时, 矩阵对角化变换不要求协方差矩阵正定, 增强了算法滤波稳定性. 仿真结果表明, 所提出的算法是可行而有效的, 明显改善了标准高阶CKF 的滤波效果.

     

基于高斯混沌变异和精英学习的自适应多目标粒子群算法

为平衡多目标粒子群的全局和局部搜索能力, 提出一种基于高斯混沌变异和精英学习的自适应多目标粒子群算法. 首先, 提出一种新的种群收敛状态检测方法, 自适应调整惯性权重和学习因子的值, 以达到探索和开发的最佳平衡. 然后, 当检测到种群收敛停滞时, 采用一种带有高斯函数和混沌特性的变异算子协助种群跳出局部最优, 以增强全局搜索能力. 最后, 外部档案中的精英解相互学习, 增强算法的局部搜索能力. 在多目标标准测试问题上的仿真结果表明了所提出算法的有效性.

     

自适应分块多线索融合粒子滤波跟踪方法

多线索融合是解决复杂情况下跟踪问题的有效手段, 为此提出一种基于自适应分块目标模型的多线索融合 粒子滤波跟踪方法. 根据目标颜色分布自适应分块建立目标描述模型, 可提高对目标初始描述的适应性; 采用多线索融合粒子滤波跟踪, 在跟踪过程中能根据子块可靠程度动态调整权重, 提高对剧烈光照变化、目标姿态变化、遮挡等复杂情况的适应性. 实验结果表明, 所提出的跟踪方法在多种复杂情况下能准确有效地跟踪目标.

     

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.

     

交互式容积卡尔曼滤波及其应用 交互式容积卡尔曼滤波及其应用

针对非线性系统模型参数未知情况下的状态估计问题, 提出一种融合极大后验估计的交互式容积卡尔曼滤波算法(InCKF). 该算法利用二阶斯特林插值公式和无迹变换对非线性函数的近似思想, 实现对模型未知参数的确定, 从而使滤波算法摆脱对模型参数精确已知的依赖, 并通过容积卡尔曼滤波算法完成状态估计和量测更新. 仿真结果表明, 相比于经典的参数扩维方法, InCKF 算法具有更高的精度和更强的数值稳定性.