在线参数辨识和扩展卡尔曼算法的锂离子电池SOC估算研究

荷电状态(SOC)的准确估计对锂离子电池的在线实时监测和安全控制具有重要意义。以中航锂电池为研究对象,选择二阶阻容(RC)模型对电池工作特性进行表征,并结合多种工况情形对锂离子电池进行研究分析。考虑到参数辨识的初值对在线辨识修正效果的影响,搭建仿真模型与电池脉冲工况特性比较验证,仿真误差在0.05 V以内。在此基础上,构建含有遗忘因子的递推最小二乘法(FFRLS)的在线参数辨识系统,对电池动态应力测试工况(DST)进行仿真预测,相对误差在1.50%以内。针对离线参数辨识的不足,采用在线参数辨识结合扩展卡尔曼(EKF)算法对工况下电池SOC进行估计。试验结果表明,在线参数辨识下,EKF算法能够有效表征系统SOC估算,相对误差精度在0.3%以内。     

扩展卡尔曼滤波在受到恶意攻击系统中的状态估计

设计了一种分布式扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman filter, EKF), 对非线性目标状态进行估计.在设计过程中, 对滤波误差上界进行优化, 获得了最优滤波增益.此外, 在通信过程中, 考虑恶意攻击信号的同时引入了分布式事件触发机制, 使得系统在保持一定的估计精度的情况下节省通信资源.最后, 以室内的机器人定位问题为例, 验证了提出的滤波器的有效性.     

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。     

基于参数调整的动态模糊神经网络算法

模糊逻辑与神经网络结合形成的模糊神经网络同时具有易于表达人类知识、存储与学习分布信息的优点,基于此,提出一种基于参数调整的动态模糊神经网络算法。采用扩展卡尔曼滤波器法将全局算法划分为线性和非线性部分,线性参数由最小二乘法和滤波器法决定,非线性参数由训练样本和启发式法直接决定,线性和非线性参数可进行实时更新。仿真结果表明,该算法能保证更简洁的结构和更短的学习时间。     

基于EKF算法的无线传感器网络定位求精研究

无线传感器网络中,基于RSSI测距技术的定位系统误差较大。本文对扩展卡尔曼滤波（EKF）算法在抑制测距误差和提高定位精度方面进行了深入的研究。同时本文根据EKF算法在WSN节点定位中的两种应用方式,以收敛概率和精度为指标,在各种拓扑条件下对节点定位求精过程进行了分类探讨。最后结合仿真阐述了EKF算法的适用范围,并分析了影响算法性能的因素。     

采用MEMS惯导的小口径管道内检测定位方案可行性研究

针对小口径管线测量仪对低成本、小尺寸惯性导航定位方案的迫切需求,本文设计了一种融合了MEMS惯导、管道里程计、地面标记器以及管道运动约束的组合定位方案及其导航定位算法.基于该方案,本文以一款典型MEMS惯性器件(STIM300)为例评估了其定位精度,并对里程计、运动约束以及反向平滑算法在提高定位精度方面的贡献做了定量分析.模拟实验结果表明,里程计以及运动约束是保证系统精度的必要条件,反向平滑算法能够进一步提高定位精度;MEMS方案对长度为2 km的管道测量精度可达10-3量级,能够满足小口径管道内检测定位的精度需求.     

LOS/NLOS混合环境中基于交互式多模型的鲁棒目标跟踪

针对视距（line-of-sight, LOS）和非视距(none-line-of-sight, NLOS)混合环境的定位跟踪问题, 提出一种基于扩展H∞滤波（EHF）和扩展卡尔曼滤波(EKF)的交互式多模型(IMM)定位跟踪算法。目标与基站之间的LOS、NLOS传输信道分别用EKF和EHF匹配, 模型间的转换用马尔可夫过程进行描述。Monte Carlo仿真结果表明, 该算法具有较高的定位精度、较好的跟踪稳定性, 且计算时间与基于EKF的IMM算法相当, 具有较好的可实现性。     

基于仿射不变约束与快速EKF滤波的航拍图像稳像

考虑到航拍机载成像平台抖动严重、视频稳像匹配环节精度不一致的特点以及航拍图像稳像技术快速、准确的要求,提出了一种结合仿射不变约束与快速扩展卡尔曼(Extend Kalman Filter,EKF)滤波的图像稳像算法。该算法首先以视频参考帧中的角点量作为特征点,通过Harris检测器选择出稳定角点;然后对待配准点构建Delaunay三角网进行初始匹配,提出利用仿射不变约束方法筛选出精确匹配点;最后利用快速EKF运动滤波方法实时估计和修正噪声的统计特性,从而解决摄像机扫描运动中存在的抖动问题。在对大量分辨率为640×480pixel的航拍图像的仿真实验中,可通过仿射不变约束实现精确的模型估计,采用的快速运动补偿方法在补偿过程中耗时为5.054ms,比传统的运动补偿方法节约了69.5%的时间。实验结果表明,该算法能够实时稳定航拍视频帧间的抖动现象,并能有效跟随场景的真实扫描。     

基于联邦UKF算法的移动机器人自主组合导航

组合导航技术是解决地面机器人自主导航的一个有效途径,其中GPS/DR是一种典型的组合方式。常用的卡尔曼滤波主要用于处理线性问题,针对该导航系统非线性的特点,对Unscented卡尔曼滤波（UKF）与分散式滤波技术相结合的方法进行了研究,建立了用于GPS/DR导航系统的联邦UKF算法。数值仿真实验表明,联邦UKF比联邦EKF有更好的滤波精度,同时有更高的稳定性和容错性,是一种理想的GPS/DR导航非线性滤波方法。     

Distributed cooperative localization with lower communication path requirements

Free communication topology for cooperative localization cannot be guaranteed in real scenarios. A flexible distributed algorithm aiming at reducing communication path requirements is presented under EKF. In this algorithm, not all agents need to communicate with each other instantaneously for covariance update and it has no adverse effect on state update. We prove that the missed covariance update caused by communication absence can be exactly corrected when it is required. Additionally, we prove that this algorithm is adaptive to most available one-way communication topologies. The equivalent localization performance to free connection communication is achieved.