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.

     

基于高斯似然近似的自适应球面径向积分滤波算法

针对量测噪声较小的环境下传统滤波算法容易出现偏差增大的实际问题, 基于高斯近似原理, 提出一种基于高斯似然近似的球面径向积分滤波(SRGLAF) 算法. 为进一步解决量测未知环境下的状态估计问题, 充分结合CKF 等确定性采样型滤波算法和SRGLAF 的优势, 设计一种基于高斯似然近似的自适应球面径向积分滤波(ASRGLAF) 算法. 仿真结果表明: SRGLAF 能够提高量测噪声较小环境下的估计精度, 而在量测噪声未知环境中, ASRGLAF 能够有效地进行状态估计, 具有明显的滤波优势.

     

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.

     

基于小波变换的分布式信息一致滤波算法

研究一类基于小波变换的分布式信息一致滤波算法. 首先, 利用Haar 小波变换建立目标状态及其观测在不同粗尺度下的系统模型; 然后, 基于该模型, 在不同粗尺度上分别进行分布式信息一致滤波估计; 最后, 针对不同粗尺度估计, 通过Haar 小波逆变换重构最细尺度(初始尺度) 目标状态的估计. 仿真结果表明, 所提出的算法可以有效提高分布式信息一致滤波算法的计算效率.

     

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.

     

未知噪声统计下多模型概率假设密度粒子滤波算法

针对传统多目标概率假设密度滤波(PHD) 器在噪声先验统计未知或不准确时滤波精度下降甚至丢失目标的问题, 设计一种自适应多模型粒子PHD(MMPHD) 滤波算法. 该算法利用多模型近似思想, 推导出一种多模型概率假设密度估计器, 不仅能估计多目标状态, 而且能实时估计未知且时变的噪声参数, 并采用蒙特卡罗方法给出了MMPHD闭集解. 仿真实例表明, 所提出的算法具有应对噪声变化的自适应能力, 可有效提高目标跟踪精度.

     

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.

     

自适应目标新生强度的SMC-PHD/CPHD 滤波

提出一种基于量测驱动的自适应目标新生强度PHD/CPHD 滤波算法. 该算法认为新生目标是不可检测的, 有效地克服了归一化失衡问题; 同时, 基于量测驱动自适应设计目标新生强度, 利用PHD/CPHD 滤波分别递归估计存活目标和新生目标的状态及其数目. 最后, 在序列蒙特卡罗框架下实现了该PHD/CPHD 滤波算法. 算例结果表明, 改进算法可以有效地实时跟踪多个机动目标的状态和数目, 应用前景较好.

     

Sigma-Point直接式卡尔曼滤波惯性组合导航算法

基于西格玛点采样加权的方法,以姿态,速度和位置等9个导航参数为状态向量,以卫星导航系统的速度和位置组成6维观测向量,构建直接式卡尔曼滤波器,融惯性导航系统求解和状态估计的过程为一体,直接描述系统导航参数动态过程.仿真结果验证了惯性组合导航Sigma-Point直接式滤波方法的有效性,表明该非线性直接式滤波方法可提高惯性组合导航系统的导航精度和对飞机,导弹等载体非线性机动过程的适应性.

     

基于Huber M估计的鲁棒Cubature 卡尔曼滤波算法

Cubature卡尔曼滤波器(CKF)在非高斯噪声或统计特性未知时滤波精度将会下降甚至发散,为此提出了统计回归估计的鲁棒CKF算法.推导出线性化近似回归和直接非线性回归的鲁棒CKF算法,直接非线性回归克服了观测方程线性化近似带来的不足.具有混合高斯噪声的仿真实例比较了3种Cubature卡尔曼滤波器的滤波性能,结果表明这两种鲁棒CKF滤波精度及估计一致性明显优于CKF,直接非线性回归的CKF的鲁棒性更强,滤波性能更好.     

一种基于SVM重采样的似然粒子滤波算法

针对弱观测噪声条件下非线性、非高斯动态系统的滤波问题,提出一种基于支持向量机的似然粒子滤波算法.首先,采用似然函数作为提议分布,融入最新的观测信息,比采用先验转移密度的一般粒子滤波算法更接近状态的真实后验密度;然后,利用当前粒子及其权值,使用支持向量机估计出状态的后验概率密度模型;最后,根据此模型重采样更新粒子集,有效地克服粒子退化现象并提高状态估计精度.仿真结果表明了所提出算法的可行性和有效性.     

基于多渐消因子强跟踪UKF 和约束AR模型的故障估计与预测

针对非线性系统中不可观测故障参数估计和预测问题, 提出一种基于多重渐消因子强跟踪无迹卡尔曼滤波(MSTUKF) 的状态和参数联合估计法, 通过引入多重渐消因子增强了对变化函数未知的故障参数的跟踪能力. 对于得到的故障参数估计值, 利用递推最小二乘法更新约束AR预测模型, 从而实现故障参数的在线估计与预测. 仿真结果表明, MSTUKF方法在故障参数估计精度上优于UKF 和单渐消因子强跟踪UKF, 约束AR模型的预测精度高于无约束条件下的预测精度.

     

强跟踪CDKF 及其在组合导航中的应用

针对扩展卡尔曼滤波器(EKF)在组合导航系统模型不确定时存在滤波精度下降甚至发散的问题,提出一种具有强跟踪性能的中心差分卡尔曼滤波器(CDKF).强跟踪CDKF基于强跟踪滤波器(STF)的理论框架,采用中心差分变换代替STF中的雅可比矩阵计算,兼具STF鲁棒性强,CDKF滤波精度高和实现简单的优点,有效克服了EKF在系统模型不确定时滤波失效的缺点.仿真结果验证了强跟踪CDKF的有效性.     

大方位失准角传递对准非线性模型研究

针对惯导系统大方位失准角传递对准的非线性误差方程不准确问题,同时考虑杆臂效应和挠曲变形两种主要误差因素来建立挠曲变形和杆臂效应加速度一体化误差模型,从而完善惯导系统大方位失准角传递对准非线性模型.针对非线性滤波的稳定性和快速性问题,采用比例修正无味卡尔曼(UKF)滤波模型估计姿态失准角,并采用速度匹配算法对模型的正确性和滤波的有效性进行仿真验证.结果表明,该模型在大方位失准角传递对准时可以满足对准精度和时间的要求.     

扩展目标CBMeMBer 滤波器及其高斯混合实现

将CBMeMBer滤波器推广到多扩展目标跟踪场合,提出扩展目标CBMeMBer滤波器,并给出其高斯混合实现的步骤.该滤波器主要对原始CBMeMBer滤波器的更新步进行改进,引入多量测似然函数,避免了对目标数目的过估计.仿真结果表明,在多扩展目标跟踪场合,扩展目标CBMeMBer滤波器对目标数目和状态的估计精度高于CBMeMBer滤波器,接近于扩展目标PHD滤波器.     

混合估计多模粒子滤波的机动弱小目标检测前跟踪算法

针对低信噪比条件下的机动小目标实时检测与跟踪困难的问题, 提出一种基于混合估计多模粒子滤波的检测前跟踪改进算法. 首先根据前一时刻所采用的模型状态及其转移概率等先验信息实现当前时刻的模型采样; 然后在充分考虑当前量测下实现当前的粒子预测, 采用一种序贯重要性平滑重采样策略, 在不增加计算量的前提下, 改善了粒子多样性衰退的问题; 最后通过新的粒子集完成对模型和状态的合理估计与目标检测. 仿真结果验证了该方法的检测与跟踪性能优于传统的多模粒子滤波方法.