带有色量测噪声的非线性系统 Unscented 卡尔曼滤波器

传统Unscented卡尔曼滤波器(Unscented Kalman filter, UKF)要求噪声必须为高斯白噪声, 无法解 决带有色噪声的非线性系统滤波问题. 为此, 本文提出了一种带有色量测噪声的UKF滤 波新算法. 首先,基于量测信息增广和最小方差估计, 推导出一类带有色量测噪声的非 线性离散系统状态的最优滤波框架, 接着采用Unscented变换(Unscented transformation, UT)来计算最优框架中的 非线性状态后验均值和协方差, 进而得到有色量测噪声下UKF滤波递推公式. 所设 计的UKF新方法能有效地解决传统UKF在量测噪声有色情况下非线性滤波失效的问题, 数 值仿真实例验证了其可行性和有效性.     

基于平方根UKF双向滤波的单站无源定位算法

单站无源定位可观测性弱、参数测量精度不高,因此初始值测量误差往往较大.而无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filtering,UKF)算法对初始值较为敏感,并且由于数值计算的舍入误差会产生滤波发散,为了解决以上问题,提出了一种基于平方根UKF(Square-root UKF,SRUKF)的双向滤波算法.该算法通过使用误差协方差的平方根替代协方差阵参与滤波,保证了算法的稳定性,同时运用平方根无迹卡尔曼滤波后向平滑(Un-scented Rauch-Tung-Striebel smoother,URTSS)后向平滑方法,用平滑值取代初始值,为前向滤波提供较高精度的起始值,提高算法的滤波精度,从而提高了算法对初始值的鲁棒性.仿真结果表明,与UKF算法和SRUKF算法相比,该算法提高了滤波的稳定性、收敛速度、定位精度及对初始值的鲁棒性.     

地球卫星自主天文导航滤波方法性能分析

在系统硬件精度无法改进的条件下,滤波方法是影响地球卫星自主天文导航精度和实时性的最重要因素,本文针对地球卫星天文导航工程应用的需求,研究了目前导航系统中应用最为广泛的扩展卡尔曼滤波(EKF)、Unscented卡尔曼滤波(UKF)、Unscented粒子滤波(UPF)3种滤波方法,在滤波周期和噪声分布影响下的导航精度和实时性.半物理仿真结果表明,在相同仿真条件下,Unscented粒子滤波方法具有最高的导航精度,但计算量也最大,EKF方法计算量最小,导航精度最低.本文结果可为地球卫星自主导航系统中滤波方法的选择提供参考和依据.     

FAST-SR-UKF算法及其在组合导航系统中的应用

为解决无迹卡尔曼滤波（UKF）算法在组合导航应用中遇到的系统模型不确定、系统噪声统计特性未知以及计算误差较大等问题,提出了模糊自适应强跟踪平方根无迹卡尔曼滤波（FAST-SR-UKF）算法,该算法不仅具有传统UKF的优势,而且包含如下特点：通过模糊自适应强跟踪模块,增强了系统对模型不确定性以及噪声统计参数未知的适应能力;利用平方根滤波的思想,提高了模糊自适应强跟踪无迹卡尔曼滤波算法的数值稳定性,改善了由于计算误差导致的滤波发散问题。仿真结果表明：相对于传统的UKF算法,该算法精度更高、鲁棒性更强。     

基于联邦UKF的可重复使用运载器再入段组合导航

针对航天科技领域的再入问题,根据导航系统状态方程非线性的特点,设计基于联邦滤波的UKF（Unscented Kalman Filter）算法,并应用于可重复使用运载器（Reusable Launch Vehicle,RLV）的组合导航系统.对基于该算法的RLV组合导航（惯性导航、卫星导航和天文导航）系统进行仿真,并与传统的基于联邦滤波算法对组合导航系统进行比较.结果表明,提出的组合导航方案和基于联邦滤波的UKF算法能提高导航精度、鲁棒性和容错性.     

动态捷联惯导/多卫星组合导航自适应联邦滤波算法研究

研究了一种基于动态扰动的滤波算法,用以提高动态扰动情况下捷联惯导/多卫星组合导航系统 的精度和可靠性．该算法采用几何精度因子（GDOP）对量测噪声进行自适应调节,利用卡尔曼滤波器的新息 量对状态噪声协方差阵进行整体控制,同时根据具有时变特性的各子系统误差协方差阵对信息分配系数进行 自适应调节．通过对SINS/GPS/Galileo/北斗组合导航系统的仿真,分析对比了常规联邦滤波、Sage 自适应联邦 滤波和本文所提自适应联邦滤波算法．结果表明,该自适应联邦滤波算法能够有效抑制动态扰动,提高组合 导航系统的精度和可靠性．     

基于极大似然估计的新息自适应滤波算法

针对噪声统计信息未知或时变情况下常规卡尔曼滤波估计精度下降甚至发散的问题,提出了一种基于极大似然估计的新息自适应滤波算法.算法对基于极大似然估计的常规新息协方差估值器进行限定记忆指数衰减加权修正,增加滑动窗口内新近新息协方差序列的利用权重;根据新息自适应原理,利用新息协方差估计值直接计算滤波增益矩阵,加快滤波器收敛速度的同时提高了滤波算法的估计精度.算法应用于捷联惯性导航系统/全球定位系统(SINS/GPS)组合导航系统,仿真实验表明:在噪声统计信息未知或时变情况下,算法具有更强的鲁棒性以及更高的滤波精度.     

基于极大后验估计和指数加权的自适应UKF滤波算法

针对传统Unscented卡尔曼滤波器(Unscented Kalman filter, UKF)在噪声先验统计未知时变情况下非线性滤波精度下降甚至发散的问题, 设计了一种带噪声统计估计器的自适应UKF滤波算法. 首先根据极大后验(Maximum a posterior, MAP)估计原理, 推导出一种次优无偏MAP常值噪声统计估计器; 接着在此基础之上, 采用指数加权的方法, 给出了时变噪声统计估计器的递推公式; 最后对自适应UKF算法进行了性能分析. 相比于传统UKF, 该自适应UKF算法在噪声统计未知时变情况下不仅滤波依然收敛, 滤波精度及稳定性显著提高, 而且其具有应对噪声变化的自适应能力. 仿真实例验证了其有效性.     

噪声相关条件下Unscented卡尔曼滤波器设计

针对传统Unscented卡尔曼滤波器(UKF)在噪声相关条件下非线性滤波失效的问题,研究了一类带相关噪声的非线性离散系统UKF设计方法.文中基于最小均方误差估计准则,给出了系统噪声和量测噪声相关时UKF滤波递推公式,并采用Unscented变换(UT)来计算系统状态的后验均值和协方差.所设计的噪声相关条件下UKF有效克服了传统UKF必须假设系统噪声和量测噪声为互不相关高斯白噪声的局限性,拓展了UKF的应用范围.仿真实例验证了其可行性和有效性.     

改进型平方根无迹卡尔曼滤波及其在无轴承永磁同步电机无速度传感器运行中的应用

平方根无迹卡尔曼滤波(SRUKF)解决了标准无迹卡尔曼滤波(UKF)中由于误差协方差阵负定而引起的滤波发散问题, 保证了算法的数值稳定性, 但仍存在对模型参数变化的鲁棒性差、收敛速度慢及对突变状态的跟踪能力低等缺陷. 因此, 本文提出一种改进SRUKF滤波, 通过引入时变渐消因子和弱化因子, 实时修正滤波增益矩阵和误差协方差平方根矩阵, 实现残差序列正交, 确保SRUKF滤波保持对目标实际状态的准确跟踪. 将该算法在无轴承永磁同步电机无速度传感器矢量控制系统中进行仿真研究. 结果表明: 改进SRUKF非线性近似精度、数值稳定性及滤波精度更高, 在系统状态突变或负载扰动时, 鲁棒性更强, 能够有效实现转速及转子角度的准确估计, 确保转子稳定悬浮运行.     

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。     

基于自适应卡尔曼滤波的导航信息融合方法

针对组合导航系统在测量噪声未知的情况下,常规自适应卡尔曼滤波方法的实时性难以满足的问题,提出了一种实时的自适应卡尔曼滤波方法.该方法通过一个简单的指数函数实时调节卡尔曼滤波模型中的测量噪声协方差矩阵,将测量噪声的理论协方差矩阵与实际协方差矩阵的差值作为指数函数的输入,将函数的输出值与上次测量噪声的协方差矩阵之和送入卡尔...     

自适应粒子滤波在卫星紫外导航中的应用

基于紫外敏感器的自主导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统,针对扩展卡尔曼滤波(EKF)和Unscented 卡尔曼滤波(UKF)不适于噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波缺乏在线自适应调整能力等问题,提出了将基于正交性原理的自适应强跟踪滤波器(STF)和UKF相融合作为重要密度函数,应用于基于紫外敏感器自主导航粒子滤波器新方法,通过UKF构造粒子群,对粒子群中的每一个粒子的每一个sigma点用STF进行更新,使得算法的鲁棒性增强,有极强的对突变状态的跟踪能力,具有强的自适应能力.为了说明算法的有效性,结合模拟的轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明了所提算法的有效性.     

考虑星间测量的航天器自主导航并行滤波器

针对基于星间测量的航天器自主导航问题,本文考虑测量中存在野值的情况,提出了一种轨道根数辅助估计的并行无迹卡尔曼滤波算法.系统由两个并行滤波器组成,通过副滤波器的状态估计识别观测野值,进而在主滤波器中修正导航定位结果.文章选择了星间相对观测两卫星编队的基本构型,研究了算法的阈值参数选择,对不同参数条件下的滤波结果进行了对比.数值仿真说明了该算法在观测量变化率较大时能够有效降低连续野值对自主导航系统的影响,和传统算法相比具有更高的滤波精度和收敛速度.     

井下捷联惯导系统导航数据处理滤波分析

针对现有煤矿井下定位技术误差较大、准确性不足的问题,引入了捷联惯导系统对煤矿井下人员和设备进行精确定位导航。为进一步提高捷联惯导系统的定位精度,提出了采用扩展卡尔曼滤波和采样卡尔曼滤波对系统数据进行滤波的算法,分析了扩展卡尔曼滤波和采样卡尔曼滤波的滤波原理,并对算法公式以及滤波效果进行了仿真分析。仿真结果表明,在假设井下噪声为高斯白噪声的前提下,采样卡尔曼滤波抖动性较小,曲线更为平滑,即滤波后的数据更加接近于真实数据,能够更准确地反映出坐标信息,且误差基本控制在允许的范围之内,具有较好的滤波效果。     

一种模糊QR滤波及在组合导航中的仿真研究

总结了常用的自适应滤波的方法，并提出了一种基于模糊逻辑的自适应卡尔曼滤波技术，用模糊逻辑自适应推理器来“在线”修正卡尔曼滤波系统噪声协方差Q和测量噪声协方差R，从而使滤波器不断执行最优估计。仿真结果表明该方法可以提高GPS／INS组合导航系统的精度和可靠性。     

基于信息补偿的自适应联邦滤波算法

针对采用标准卡尔曼滤波器必须知道系统噪声统计特性的局限性,研究了一类系统噪声未知情况下的自适应联邦滤波方法,指出了自适应滤波方法应用于联邦结构时应当注意的问题,提出了一种基于信息补偿的自适应联邦滤波算法。SINS／BDS／GPS组合导航系统的仿真结果表明,该方法可以有效抑制系统噪声未知情况下的滤波发散现象,提高了滤波的稳定性和估计性能。