基于混沌的改进粒子群优化粒子滤波算法

针对基本粒子滤波(PF)算法存在的粒子退化和重采样引起的粒子多样性丧失,导致粒子样本无法精确表示状态概率密度函数真实分布,提出了一种基于混沌的改进粒子群优化(PSO)粒子滤波算法。通过引入混沌序列产生一组混沌变量,将产生的变量映射到优化变量的区间提高粒子质量,并利用混沌扰动克服粒子群优化局部最优问题。利用单变量非静态增长模型(UNGM)在高斯噪声和非高斯噪声环境下将该算法与基本粒子滤波和粒子群优化粒子滤波(PSO-PF)的性能进行仿真比较。结果表明:该算法的性能在有效粒子数和均方根误差(RMSE)等参数都优于基本粒子滤波和粒子群优化粒子滤波,改善了算法的精度和跟踪性能。      

交互式多模型粒子滤波优化重采样算法

针对标准交互式多模型粒子滤波(IMMPF)算法中存在粒子退化及多样性匮乏问题,提出了交互式多模型粒子滤波优化重采样(IMMPFOR)算法,利用线性优化理论改善模型中具有小权值的粒子精度。该算法的新颖性体现在给定量测信息条件下,利用线性优化方法及模型交互概率将每个模型中拥有小权值的粒子替换成新的粒子。新的粒子既包含本模型中粒子信息,又包含了本模型与其他模型交互后的粒子信息。目标跟踪的仿真结果证明:每个模型新产生的粒子集合可以准确地近似真实状态后验概率密度函数,系统的估计精度与标准IMMPF算法相比有较大提升。     

UPF滤波参数对航天器天文导航性能的影响

对航天器天文导航这种模型非线性、噪声非高斯的系统,离散粒子滤波(UPF)具有比扩展卡尔曼滤波(EKF)、离散卡尔曼滤波(UKF)更高的精度。在基于UPF的航天器天文导航系统中,UPF滤波参数τ,Q和R以及粒子个数和重采样方法是影响系统导航精度的主要因素。文章通过计算机仿真系统研究了上述UPF滤波影响因素对航天器自主天文导航系统性能的影响,并对结果进行了分析。该文可为基于UPF的航天器自主天文导航系统的参数设置提供参考和依据。     

月球探测器天文导航的遗传粒子滤波方法

天文导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统.针对传统的扩展卡尔曼滤波不适于非线性和噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波存在的粒子退化和采样枯竭问题,提出了一种基于遗传算法进行再采样的月球探测器自主天文导航粒子滤波新方法.计算机仿真结果显示了该方法可以有效的克服传统粒子滤波方法的缺点,提高天文导航系统的定位精度.      

基于IRAPF算法的航天器姿态确定

针对航天器姿态确定系统中存在较大初始误差及非线性较强的问题,提出了一种基于改进的正则化辅助粒子滤波（IRAPF）算法的航天器姿态确定方法。该算法将正则粒子滤波（RPF）与辅助粒子滤波（APF）相结合,将快速高斯变换（FGT）方法引入其中以减少计算量提高滤波的收敛速度。算法不仅有效地抑制了粒子退化问题,而且利用最新观测粒子来优化采样,并且在引入FGT后计算量与正则化的辅助粒子滤波相比降低了30%,改善了滤波的实时性。仿真结果表明了滤波的有效性。     

粒子滤波及其在航天器交会对接相对导航中的应用

在全面分析粒子滤波原理的基础上,提出一种改进高斯粒子滤波方法.该方法利用确定性采样滤波算法进行时间更新,替代高斯粒子滤波算法中的随机采样过程;另外,针对厚尾噪声情况,利用鲁棒统计方法对确定性采样滤波方法进行鲁棒性改进,并将其应用于所提出的改进高斯粒子滤波.将粒子滤波算法应用于交会对接相对导航问题,仿真结果表明,在多种测量噪声情况下,改进高斯粒子滤波较其他粒子滤波,能够在不过多损失估计精度的同时有效降低计算量.文中的研究成果为将粒子滤波应用于航天器导航问题提供了理论参考.     

基于自适应阈值的粒子滤波非线性系统故障诊断

针对实际非线性系统传统方法难以实现可靠故障诊断的问题,采用粒子滤波算法,利用对数似然函数和作为评价指标,并借助自适应阈值的设计,研究了非线性非高斯系统的故障检测和故障隔离。阈值的选取,是准确判别系统是否发生故障的标准,本文通过分析非线性系统残差的统计特性,在判定残差统计特性成正态分布的基础上,设计了一种基于粒子滤波故障诊断的自适应阈值方法,减少了故障诊断的漏报和误报。通过非恒温连续搅拌水箱式反应堆的仿真实例,验证了该方法在故障诊断中的准确性和有效性。      

一类结构随机跳变系统的自适应滤波方法

提出了含有相关和非相关两类特征参数的结构随机跳变系统自适应滤波方法,并采用改进了的一种基于随机采样技术的自举滤波算法,其对于非线性非高斯问题具有很强的适应性,很好地克服了传统滤波算法在解决此类问题时所存在的"基础结构失真"的缺陷,从而提高了滤波算法的整体估计性能.在"闪烁"噪声环境里,测量信息存在随机中断的导弹制导问题的仿真结果,验证了本方法的有效性.     

基于混合粒子滤波的载波估计算法

针对粒子滤波载波估计算法的高复杂度、粒子退化及贫化问题,提出了一种基于混合粒子滤波的载波估计方法.该方法引入多阶马尔科夫模型,采用多个非零均值高斯分布的加权和来近似重要性函数的最佳选择,并根据最大后验概率准则规范粒子的迭代计算.仿真结果表明,在非高斯噪声环境下,低轨卫星通信TDMA/DEQPSK(Time Division Multiple Address/Differential Quadrature Phase Shift Keying)数据帧非合作接收载波估计时,与基于经典粒子滤波的载波估计算法相比,提高了粒子"效率",在误码性能相当的情况下,有效降低了计算复杂度.     

基于无监督学习和粒子滤波的非视距信号检测

全球卫星导航系统(GNSS)是目前应用最广泛的定位技术, 研究城市峡谷中的定位问题时, 由于高楼大厦的阻塞, 仍存在非视距传播导致的性能退化问题。为此, 提出了无监督学习粒子滤波(UL-PF)算法。在卫星信号分类阶段, 使用核k-means聚类的无监督学习分类方法, 在定位阶段, 使用通过聚类算法优化的粒子滤波方法。所提算法考虑了采样粒子在状态空间分布中的内在相似性, 探索在每个聚类中选择一个粒子作为重要粒子, 利用时间序列相关技术提高重采样粒子集的多样性。实验表明:在城市场景中, 所提算法的平均定位精度从传统算法的15 m提高到约5 m, 收敛时间从500 s缩短到200 s左右。      

地-空导弹最优制导律研究

本文在导弹质点运动不作任何简化的条件下,建立导弹-目标状态空间数学模型,得到以雷达测量参数表示的,可对付机动目标的最优制导规律,将其用于某型导弹上,仿真结果表明该制导律有较好的导引精度和一定的工程实用价值;同时就导弹起控点处高低角、方位角对脱靶量的影响作了研究,该制导律能降低对导弹发射条件的要求。     

多导弹分布式自适应协同制导方法

针对多导弹的齐射攻击问题,提出了一种具有异构"领弹-被领弹"的分布式自适应协同制导方法.该方法在局部通信和传统比例导引基础上,基于分布式网络同步原理设计了领弹和被领弹的分布式协同制导律.领弹的分布协同制导基于固定系数的比例导引律,而被领弹的分布协同制导则基于自适应可变系数的比例导引律,并设计了被领弹比例导引系数的分布式自适应调节规律.给出了5枚导弹协同目标攻击的仿真结果,验证了该自适应分布式协同制导算法的有效性.     

空对空导弹对战斗机空战效能影响的仿真

定量分析了空对空导弹的装机数量、主要作战使用性能和机动能力对战斗机空战效能的影响,研究了作战过程中空对空导弹的有效使用方式,以提高战斗机的生存能力和空战效能.空对空导弹的动力学模型采用三自由度质点方程,典型运动轨迹分为分离、拉开、接敌3个阶段.同时给出了每个阶段对导弹轨迹的不同要求,在仿真中也考虑了导弹的雷达散射截面(RCS).采用一对一空战对抗形式,对幻影2000飞机与F16飞机在高空中距、携带不同数量的空对空导弹、以及在不同的时机使用等情况下,进行了空战仿真,结果表明载机速度、分离角度以及空对空导弹使用速度对战斗机的空战效能有很大影响.     

Precise orbit determination using the batch filter based on particle filtering with genetic resampling approach

In this study, genetic resampling (GRS) approach is utilized for precise orbit determination (POD) using the batch filter based on particle filtering (PF). Two genetic operations, which are arithmetic crossover and residual mutation, are used for GRS of the batch filter based on PF (PF batch filter). For POD, Laser-ranging Precise Orbit Determination System (LPODS) and satellite laser ranging (SLR) observations of the CHAMP satellite are used. Monte Carlo trials for POD are performed by one hundred times. The characteristics of the POD results by PF batch filter with GRS are compared with those of a PF batch filter with minimum residual resampling (MRRS). The post-fit residual, 3D error by external orbit comparison, and POD repeatability are analyzed for orbit quality assessments. The POD results are externally checked by NASA JPL’s orbits using totally different software, measurements, and techniques. For post-fit residuals and 3D errors, both MRRS and GRS give accurate estimation results whose mean root mean square (RMS) values are at a level of 5 cm and 10–13 cm, respectively. The mean radial orbit errors of both methods are at a level of 5 cm. For POD repeatability represented as the standard deviations of post-fit residuals and 3D errors by repetitive PODs, however, GRS yields 25% and 13% more robust estimation results than MRRS for post-fit residual and 3D error, respectively. This study shows that PF batch filter with GRS approach using genetic operations is superior to PF batch filter with MRRS in terms of robustness in POD with SLR observations.     

基于DPSO-SA的低轨预警系统初始任务规划方法

为提高天基低轨预警系统在导弹跟踪任务中的效率,建立了天基低轨预警系统初始任务规划模型.该模型包含跟踪精度、任务完成率和资源松弛度等优化指标,考虑导弹跟踪中目标信息的不确定性,定义并构建了跟踪原子任务的不确定度和动态优先级.在此基础上,提出采用离散粒子群(DPSO,Discrete Particle Swarm Optimization)-模拟退火(SA,Simulated Annealing)混合优化算法求解初始任务规划模型,提高了算法收敛速度、精度以及全局搜索能力.仿真算例验证了模型的优点以及DPSO-SA混合优化算法的有效性.     

基于SINS/CNS组合导航系统的多模型自适应估计算法

针对单一模型滤波器在未知或不确定的系统参数下适应性较差的问题,提出了一种新的基于多模型自适应估计(multiple model adaptive estimation,MMAE)的滤波方法。该方法利用改进的卡尔曼滤波代替传统的卡尔曼滤波,比如扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)。EKF和UKF被用来作为多模型自适应估计的子滤波器,从而实现对非线性系统的状态估计。同时,还将该方法应用于基于弹道导弹模型的组合导航中实现了系统仿真。仿真结果表明,与传统的EKF和UKF算法比较,改进的滤波方法可以解决传统模型滤波器适应性差的问题,并提高系统的导航精度。     

考虑弹体弹性的导弹半物理仿真方法与影响分析

随着对导弹速度和精度等性能要求的提高,弹性特性已成为导弹动力学分析与设计中不可忽略的因素。弹性振动将对导弹的飞行特性和控制精度产生较大的影响。因此,在对弹性体导弹进行半物理仿真时,考虑弹体弹性振动所产生的影响,有利于提高仿真的真实度。本文发展了考虑弹体弹性的导弹飞行动力学数学仿真框架,建立了弹性体导弹半物理仿真系统各环节的数学模型,实现了半物理环节动力学模型在数学仿真框架中的集成与一体化仿真,并在此基础上分析了弹性振动和仿真设备在弹性体导弹半物理仿真中的影响,数值仿真结果表明,研究结果可以为考虑弹体弹性的导弹半物理仿真提供一定的理论基础。      

基于序列红外图像的弹道导弹中段目标检测跟踪方法

针对弹道导弹中段目标检测跟踪问题,将卡尔曼滤波应用基于红外图像的弹道中段目标检测数据滤波和预测,建立了中段目标的状态方程和量测方程。针对卡尔曼滤波中系统噪声和量测噪声的自协方差阵难于确定的问题,研究了卡尔曼滤波参数选择设置方法,利用实际检测结果对不同噪声参数条件进行了试验,得到了应用于弹道导弹中段目标检测跟踪的滤波器参数设置规律,为弹道导弹中段目标检测跟踪技术提供了参考。     

基于目标逃逸机动预估的空空导弹可发射区

为适应无人自主空战条件下对空空导弹火控解算的特殊需求,提出了基于目标机动预估的空空导弹可发射区问题。首先,基于导弹-目标追逃对抗策略,设计了目标机动预估模型,根据导弹与目标的相对方位信息,实现对目标逃逸机动方式的预估;然后,基于多种实际约束,构建了导弹运动动力学模型;最后,设计了基于黄金分割搜索算法的可发射区边界求解策略,实现对可发射区边界值的快速精确搜索。仿真结果表明,空空导弹对初始位置位于所提出的基于目标机动预估的可发射区内的目标,具有更大的命中概率;该可发射区更加适应近距空战中目标逃逸机动的剧烈态势变化,有利于导弹战术使用性能的充分发挥。