Kalman滤波在工程应用中的问题与对策—之二：初值对估计值的影响分析

本文综合评述了初始值对Ｋａｌｍａｎ滤波中状态向量的估计值及滤波误差协议差阵的影响，并指出了可供工程应用的几种对策。     

基于鲁棒卡尔曼滤波的编队卫星相对导航

为提高编队卫星相对导航精度和计算稳定性,采用鲁棒卡尔曼滤波进行相对位置和相对速度的估计.对星间相对动力学方程进行适应性改造,使其具有线性离散不确定性系统形式.以载波相位差分GPS为观测模型,采用鲁棒卡尔曼滤波进行相对状态估计.数值仿真结果表明,该算法相对于扩展卡尔曼滤波算法具有明显优势,导航精度更高、鲁棒性更强,具有一...     

Unscented卡尔曼滤波在飞航导弹地磁导航中的应用

对飞航导弹巡航段的地磁导航问题进行了讨论,导航算法为unseented卡尔曼滤波,导航信息为地磁异常强度.首先通过对比不同飞行轨迹下的滤波效果,得到了导弹射前路径规划的一些原则.由于unscented变换参数对滤波效果存在一定影响,提出了利用遗传算法优化unscented变换参数的方法,优化参数的鲁棒性分析进一步验证了该方法的有效性.最后对unscented卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波的导航性能进行了比较,仿真结果表明前者具有更高的导航精度.     

卡尔曼滤波中动态模型的分级解耦

本文对卡尔曼滤波中动态模型的解耦提一种新的方法，这种方法其实质是把对整个动态模型的并联滤波估计变成对整个动态模型的分级串联滤波估计。这种分解耦的方法即可用于线性动态模型又可用于非线性动态模型。对于阶数很高的非线性动态模型，这种方法对于提高估计精度，减少量和计算时间，更有其优越性。本文利用一个九阶非线性动态模型进行仿真计算。计算结果说明了这种方法的有效性。     

地地导弹模型参数估计方法研究

本文对地地导弹的弹体模型参数估计方法进行了研究。利用自适应卡尔曼滤波方法对传统的卡尔曼滤波方法进行了改进。从而有效地抑制了参数快变情况下估值的发散。大大提高了估值精度。     

卫星正常模式姿态确定算法研究

针对太阳同步极轨卫星进行了正常模式姿态确定算法研究 ,采用四元数法建立了较完整和准确的姿态估计器模型 ,并进行了可观测性及观测度的分析。通过数学仿真证明此姿态确定算法能够对星体姿态进行较精确的估计或校正 ,满足卫星控制精度要求     

差分GPS伪距与惯导组合技术仿真研究

叙述和建立了差分GPS/INS组合系统的状态方程和量测方程,并用卡尔曼滤波对DGPS/INS组合系统进行了组合及仿真,给出了详细的仿真数据和程序框图.仿真结果表明该组合系统可以极大地提高导航定位的精度,对飞机的精密进场着陆和各种载体的精确制导具有一定的现实意义.     

基于模糊自适应卡尔曼滤波的INS/GPS 组合导航系统算法研究

针对车载组合导航系统量测噪声统计特性随实际工作条件的不同而变化的特点,提出了一种基于模糊自适应卡尔曼滤波的车载INS/GPS组合导航算法。该方法通过监视理论残差与实际残差的比值是否在一附近,应用模糊推理系统不断的调整量测噪声协方差阵的加权,对卡尔曼滤波的量测噪声协方差阵进行递推在线修正,使其逐渐逼近真实噪声水平,从而使滤波器执行最优估计,提高导航系统的精度。对车载组合导航系统的仿真结果表明,这种算法对时变的量测噪声具有较强的自适应性,进而精度比常规卡尔曼滤波也大为提高,是一种可行的车载组合导航算法。     

自适应渐消EKF方法及其在卫星跟踪中的应用

针对在系统不能确切建模或模型误差随时间改变等场合下,传统扩展卡尔曼滤波方法及其改进算法估计误差较大甚至引起滤波发散等问题,将基于新息序列对状态噪声协方差矩阵实时估计的方法引入到渐消EKF中,提出了一种自适应渐消扩展卡尔曼滤波方法,推导了相关公式并详细给出了新方法的计算流程。采用单星对卫星仅测角被动定轨跟踪的例子对算法性能进行了对比分析。仿真结果表明,与传统EKF方法及其改进算法相比,该方法在估计精度、滤波收敛速度以及对初始状态误差的适应性等方面,显著提高了非线性滤波器的性能。     

A residual based adaptive unscented Kalman filter for fault recovery in attitude determination system of microsatellites

This paper presents an adaptive unscented Kalman filter (AUKF) to recover the satellite attitude in a fault detection and diagnosis (FDD) subsystem of microsatellites. The FDD subsystem includes a filter and an estimator with residual generators, hypothesis tests for fault detections and a reference logic table for fault isolations and fault recovery. The recovery process is based on the monitoring of mean and variance values of each attitude sensor behaviors from residual vectors. In the case of normal work, the residual vectors should be in the form of Gaussian white noise with zero mean and fixed variance. When the hypothesis tests for the residual vectors detect something unusual by comparing the mean and variance values with dynamic thresholds, the AUKF with real-time updated measurement noise covariance matrix will be used to recover the sensor faults. The scheme developed in this paper resolves the problem of the heavy and complex calculations during residual generations and therefore the delay in the isolation process is reduced. The numerical simulations for TSUBAME, a demonstration microsatellite of Tokyo Institute of Technology, are conducted and analyzed to demonstrate the working of the AUKF and FDD subsystem.     

应用于仅有角度测量的寻的导弹制导的自适应修正增益推广Kalman滤波器

一种适用于一类特定的非线性系统全局收敛非线性滤波器被称作修正增益推广Ｋａｌｍａｎ滤波器（ＭＧＥＫＦ）。将ＭＧＥＫＦ与一种非线性时变观测噪声统计估值器相结合，导出一种自适应修正增益推广Ｋａｌｍａｎ滤波器（ＡＭＧＥＫＦ）。ＡＭＧＥＫＦ应用于三维仅有角度测量的寻的导弹制导，当测量噪声的方差不能精确已知时，不存在ＭＧＥＫＦ经常表现出的不稳定性，仿真结果表明ＡＭＧＥＫＦ是稳定的。而且与虚构的、对测量噪声方差精确已知的ＭＧＥＫＦ有几乎相同的估计效果。     

基于BP神经网络的自主定轨自适应Kalman滤波算法

针对Sage Husa自适应滤波方法存在的窗函数开窗大小选择问题,提出一种基于BP神经网络学习估计系统协方差矩阵的自适应Kalman滤波算法。该算法以Kalman滤波预测残差向量作为网络输入,通过网络分段离线学习确定预测残差向量与预测残差协方差矩阵间的非线性关系,自适应地估计Kalman滤波系统协方差矩阵。将其应用到自主定轨系统,仿真结果表明利用本文算法自主定轨60天星座平均URE误差小于1.9米,且能够快速跟踪到系统噪声的突变,较Kalman滤波方法和Sage Husa自适应滤波方法具有更好的性能。     

基于鲁棒非线性卡尔曼滤波的自适应SLAM算法

针对传统非迹卡尔曼滤波算法缺乏在线自适应调整能力,在噪声模型出现误差时滤波精度下降的问题,提出了一种基于鲁棒无迹卡尔曼滤波的同步定位与地图创建算法。该算法引入了一个多维观测噪声尺度因子,能根据观测噪声统计特性的实际变化情况对每种传感器的噪声模型做出自适应调整,使其逼近真实噪声水平,进而将滤波增益调整到一个适当值,实现滤波器的最优估计。SLAM仿真实验结果表明,在噪声统计特性发生变化的情况下,该算法相比其它几种SLAM算法具有更好的自适应能力,估计精度更高,鲁棒性更强。     

自适应滤波在磁暴期间地磁导航中的应用

对磁暴期间巡航导弹巡航段的地磁导航问题进行了讨论。针对地磁导航在磁暴期间常规卡尔曼滤波容易发散的问题,提出了一种基于Sage\|Husa自适应卡尔曼滤波的地磁导航算法。算法根据新息的变化自适应调整测量噪声矩阵,消除了磁暴影响,提高了滤波稳定性。仿真表明在选择合适的遗忘因子基础上,即使在磁暴最剧烈的时间段,采用自适应卡尔曼滤波仍能保证一定的精度,定位精度在200m以内,满足巡航导弹中程制导的精度要求。     

基于"天基红外系统"对弹道导弹主动段估计滤波算法研究

美国的"天基红外系统"(SBIRS)包括高轨和低轨两类预警星座,前者主要用于弹道导弹主动段探测,后者主要用于被动段的跟踪测量.文章利用其高轨静止星座,对只有角测量条件下的主动段弹道估计滤波算法进行了分析比较.首先给出主动段状态方程和测量方程,然后分别结合扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波和粒子滤波这三类典型非线性滤波估计算...     

关于GPS导航计算的卡尔曼滤波问题

探讨卡尔曼滤波在实际应用中存中的建模误差、滤波初值的选取、系统噪声方差和量测噪声方差的确定、以及滤波发散等问题及其解决方法 ,得到适用于 GPS导航计算的卡尔曼滤波器。通过实测算例 ,比较卡尔曼滤波与最小二乘的估计结果 ,说明文中所设计的卡尔曼滤波器的合理性 ,解决问题方法的有效性 ,滤波过程稳定 ,计算速度快 ,状态参量的估计精度较高     

基于模糊控制的组合导航算法

文章提出一种根据信号残差（新息）对导航信息进行自适应噪声协方差调整的算法,由此得到导航参数的最优状态估计。其中重点研究了模糊控制对滤波器的动态调整,建立模糊滤波控制的模型,并与传统卡尔曼算法进行比较。仿真结果表明,基于模糊控制器的卡尔曼滤波器很好地限制了数据的发散,并在很大程度上提高了系统的稳定性。