组合导航自适应卡尔曼滤波改进算法研究

针对常规卡尔曼滤波由于噪声的统计特性与实际情况不相符而引起滤波误差增大的问题,提出了一种新的在线估计系统噪声和量测噪声的自适应滤波算法.新算法通过新息序列自适应量测噪声,对Sage-Husa滤波算法进行改进以估计系统噪声,该算法在噪声统计特性未知的情况下能进行滤波计算.最后对改进的新算法与常规卡尔曼滤波算法作了对比试验...     

改进的Sage-Husa自适应算法及应用

针对标准卡尔曼滤波和Sage-Husa自适应卡尔曼滤波不能同时满足实时在线估计状态量测噪声阵和抑制滤波发散的问题，提出一种改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法。在检测到量测异常时，在协方差匹配技术的最严格收敛判断条件，计算出次优滤波方法中新的状态估计均方误差阵的加权系数，通过新的状态估计均方误差阵对原来的状态估计均方误差阵进行修正，能有效抑制滤波器的发散。提高实际应用中，Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法在复杂不稳定环境中的稳定性与可靠性。将改进的算法放在BDS/INS系统中进行实验验证，实验结果表明，相比常规Sage-Husa自适应滤波算法，改进的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法改善了上述系统的可靠性和自适应能力，最终有效的提高组合导航系统的性能。     

基于自适应滤波的MEMS姿态确定方法

针对消费类电子设备对姿态测量系统的需求,本文提出了一种基于MEMS加速度计、陀螺仪和磁强计的九轴姿态确定算法.针对实际系统中传感器量测噪声未知的情况,首先介绍了一种基于矢量观测器的矩阵Kalman滤波姿态确定算法,然后利用残差匹配技术,设计了一种基于残差匹配的自适应滤波方法.论文采用自适应滤波对传感器量测噪声进行估计,并将估计的量测噪声代入线性矩阵Kalman滤波算法,有效解决了线性矩阵Kalman滤波需要准确量测噪声统计信息的缺陷.最后设计了仿真实验验证本文提出的算法,并将其与线性矩阵Kalman滤波算法比较.仿真结果表明,自适应矩阵Kalman滤波的姿态旋转误差角为0.6091°,标准差为0.3009°,能够有效的估计传感器量测噪声,并具有更高的姿态确定精度和稳定性.     

基于自适应Kalman滤波的改进RTQC算法

为对原始雷达数据进行空间配准,对原始的实时质量控制方法(real time quality control,RTQC)进行了研究.在传统的RTQC算法的基础上,加入Kalman滤波,用于对随机误差进行处理,得出雷达测量的固定误差.对Kalman算法进行改进,改进了传统的Kalman滤波算法,通过对量测噪声方差矩阵和模型噪声方差矩阵进行实时估计,减少了Kalman滤波对于方差矩阵先验知识的要求,提高了Kalman滤波的自适应性,并初步分析了算法的有效性.与实际数据的对比实验结果表明了该方法的有效性.     

卡尔曼滤波系统和量测噪声自适应估计的关联性

卡尔曼滤波是惯导系统(INS)/GPS组合导航的主要算法之一,Sage-Husa算法是在卡尔曼滤波基础上,为减少系统噪声和量测噪声的不确定性对误差估计的影响而采用的自适应估计方法.对Sage-Husa算法提出了4条改进措施;并通过在3种数据扰动情形下的仿真计算发现,只对一类噪声做自适应估计更容易产生较大的偏差,对系统噪声和量测噪声两类噪声同时做自适应估计,其效果要优于只对一类噪声做自适应估计,把此现象定义为卡尔曼滤波的系统和量测噪声自适应估计的关联性.这个结果不同于一些文献的观点.此项研究对自适应卡尔曼滤波在INS/GPS组合导航的工程化应用有较高的实用价值.     

摄像稳定平台的陀螺自适应滤波器设计

稳定平台是指能够使被稳定对象在外来干扰作用下相对惯性空间保持方位不变的装置.因敏感惯性器件——微机电陀螺MEMS存在着随机漂移,给测量带来误差.传统的Sage-Husa滤波算法虽可以提高测量精度,但每次都要计算系统噪声和量测噪声方差,实时性较差.为避免上述问题,将Sage-Husa滤波算法进行了改进和简化,根据滤波状态决定是否需要重新估计量测噪声方差.通过仿真结果和数据对比表明,改进算法可行并有效,能够确保在精度相近的情况下减小计算量,为摄像平台及稳像平台优化设计提供了依据.     

自适应UKF算法在目标跟踪中的应用

针对目标跟踪中系统噪声统计特性未知导致滤波发散或者滤波精度不高的问题, 提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF)算法.该算法在滤波过程中,利用改进的Sage-Husa估 计器在线估计未知系统噪声的统计特性,并对滤波发散的情况进行判断和抑制, 有效提高了滤波的数值稳定性,减小了状态估计误差. 仿真实验结果表明,与标准UKF算法相比,自适应UKF算法明显改善了目标跟踪的精度和稳定性.     

动载体环境视觉惯性自适应融合物体姿态测量算法

针对动载体环境下视觉惯性组合姿态测量的过程中,惯性器件噪声时变和突变干扰会使卡尔曼滤波器估计不准确的问题,研究了一种Sage-Husa自适应强跟踪扩展卡尔曼算法。算法采用Sage-Husa自适应滤波来实时估计惯性器件的噪声协方差,引入多重渐消因子来抑制突变干扰,增强融合算法的鲁棒性。实验证明,当存在系统噪声变化和突变干扰时,所提算法优于Sage-Husa自适应扩展卡尔曼算法与强跟踪扩展卡尔曼算法,具有良好的鲁棒性。     

改进Allan方差的自适应滤波在姿态解算中的应用

对低成本的惯性导航系统精度不足从而导致姿态解算容易发散的问题,提出一种改进Allan方差的自适应卡尔曼滤波算法。在滤波之前,先用四元数改进型PID的互补滤波来融合数据,以抑制数据的波动,同时也加快了运算速率,在对噪声进行分析时,运用Allan方差的分析方法,并组合高斯牛顿优化算法,提高了姿态解算的精度,能够对姿态角实现短时间内的稳定以及精确的跟踪。实验结果表明,使用自适应Sage-Husa算法处理两种噪声时比标准卡尔曼滤波算法的精度提高了30%左右,使用改进的Allan方差自适应滤波比使用自适应 Sage-Husa滤波算法精度提高了40%左右,该算法也可用于精确单点定位与伪距定位。     

基于梯度自适应规则的自适应UKF算法及其应用

针对量测噪声方差统计值未知的非线性UKF(Unscented Kalman Filter)滤波问题,提出了一种基于梯度自适应规则的自适应UKF算法;在标准的非线性UKF算法基础上,根据残差方差阵的估计值与真实值之差构造代价指标函数,并将该函数相对于参数变化的负梯度方向作为参数更新的方向,构建自适应调节机制;将算法应用于GPS/DR(Dead-Reckoning)组合导航系统中,仿真结果显示状态估计误差具有良好的收敛性,估计精度较噪声观测器有明显改善,表明算法对量测噪声方差阵的动态变化具有较强的适应性。     

基于卡尔曼滤波的数据融合算法与应用研究

针对无人机飞控系统对输入的多传感器信息融合时传统卡尔曼滤波算法容易出现滤波发散,滤波精度和系统的实时性降低的问题,研究了一种改进的自适应滤波算法,可以让数据融合后的信息精度更高,实时性更强。改进的算法是在Sage-Husa滤波的基础上引入滤波收敛性判据,并提出了基于改进的Sage-Husa滤波算法的联邦卡尔曼滤波器的设计,可以抑制滤波发散,提高滤波精度和稳定性。同时引入强跟踪滤波算法的思想,调整增益矩阵,改进滤波算法,提高系统突变情况下的滤波处理能力。最后,通过对特定的自主避障系统用改进后的算法与传统卡尔曼滤波算法进行MATLAB仿真比较,仿真结果显示改进的自适应滤波算法在系统模型参数失配和实变噪声情况未知时,可以较好地保持滤波的精度和实时性。     

自适应扩展卡尔曼滤波器在移动机器人定位中的应用

针对移动机器人定位过程中存在的误差积累问题,提出了采用自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF).分析了扩展卡尔曼滤波(EKF)和AEKF两种算法, AEKF取采样时刻的各项泰勒级数,并利用Sage-Husa时变噪声估计器实时估计观测噪声,克服了线性化误差,增强了环境适应性;同时,对AEKF的收敛性及运算复杂度进行分析,并结合算法实验表明AEKF具有良好的速度精度综合性价比;最后对比分析两种算法实现机器人定位的效果并实验完成误差对比.结果表明AEKF具有更优的定位性能.     

非线性自适应平方根无迹卡尔曼滤波方法研究

针对带有附加噪声且噪声特性未知的系统,提出了一种非线性卡尔曼滤波方法--自适应平方根无迹卡尔曼滤波（NASRUKF）方法,该方法基于平方根滤波的思想,对传统的Sage-Husa自适应滤波算法进行了改进,并与平方根无迹卡尔曼滤波（SRUKF）算法相结合用来进行非线性滤波。该算法能直接对非线性系统的状态方差阵和噪声方差阵的平方根进行递推与估算,确保状态和噪声方差阵的对称性和非负定性。将所提方法通过计算机仿真技术与SRUKF算法进行对比,结果表明NASRUKF方法在滤波精度、稳定性和自适应能力方面均优于SRUKF方法。     

遮挡情况下刚体位姿估计的自适应无迹卡尔曼分布式融合

针对视觉目标位姿估计系统中常出现的因为特征点遮挡而造成系统估计结果不准确的问题,本文提出了一种利用自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)作为局部滤波器的分布式融合估计方法.通过引入改进的Sage-Husa噪声估计器自适应过程噪声.根据特征点识别量将遮挡情况分为部分遮挡和严重遮挡,对部分遮挡子系统根据先验信息修复缺失观测点后进行局部滤波估计,严重遮挡子系统不参与融合,利用当前时刻整体估计结果对其进行初始化.通过仿真获取了区分遮挡情况的阈值,实验结果表明所提方法能够提升系统在遮挡情况下的估计精度与鲁棒性.     

基于极大后验估计的自适应容积卡尔曼滤波器

针对标准的容积卡尔曼滤波器(CKF) 设计需要精确已知噪声先验统计知识的问题, 提出一种自适应CKF 算法. 该算法在滤波过程中, 利用Sage-Husa 极大后验估值器对噪声的统计特性进行在线估计和修正, 有效地提高了CKF 的估计精度和数值稳定性. 在某些情况下, 噪声协方差估计会出现异常现象使得滤波发散, 进而提出了相应的改进方法. 仿真结果表明了自适应CKF 算法的可行性和有效性, 且明显改善了标准CKF 算法的滤波效果.     

一种Sage-Husa和可观测度的滤波算法研究

针对目标跟踪中过程噪声统计特性未知和状态分量可观测度差而导致滤波精度不高甚至滤波发散的问题,提出了一种复合自适应滤波算法.我该算法在滤波过程中,利用Sage-Husa噪声估计器在线估计过程噪声,用可观测度分析方法抑制状态分量可观测度差对滤波器的不良影响.在滤波过程中实时估计和修正过程噪声的统计特性,同时对观测度差的分量...     

基于浮点DSP的航姿系统自适应滤波算法与仿真研究

介绍了在捷联式航姿系统中采用的简化Sage-Husa算法的自适应滤波原理，建立了基于该自适应滤波算法的导航系统状态方程和观测方程，给出了基于TMS320C32浮点数字信号处理器(DSP)的半物理仿真硬件原理图和软件运行流程，并进行了仿真计算。仿真分析结果表明，基于浮点DSP的航姿系统在采用自适应卡尔曼滤波算法时不仅能有效抑制滤波发散，还使系统具有优越的实时性能和较高的精度。