低成本单片机系统高性能滤波算法设计

介绍了采用低成本电子器件时的滤波处理方法;通过对各种滤波算法进行分析比较,说明了选择滤波算法的重要性;测试结果表明,采用理想的滤波算法,能够获得较好的滤波效果。     

改进粒子滤波算法及其在GPS/SINS组合导航中的应用

针对标准粒子滤波中存在的粒子退化问题,将无味卡尔曼滤波方法、线性规划方法与标准粒子滤波相结合,得到一种改进粒子滤波算法。改进粒子滤波算法中的重要性概率密度通过 UKF算法获得,从而使粒子使用效率得到提升;二次采样过程中加入线性规划方法,保证了粒子的多样性。将改进粒子滤波算法应用于 GPS/SINS组合导航,建立了 GPS/SINS组合导航模型,通过仿真验证了该滤波算法的有效性,使用该算法可使惯性组合导航系统导航精度得到提高。     

序贯结构的Sage-Husa自适应滤波及其应用

在分析已有的Sage-Husa自适应滤波算法的基础上,本文首先推导了两种量测噪声自适应估计方法的等价性。为充分利用组合系统中已知的部分量测噪声参数,提高滤波稳定性和精度,研究了基于序贯结构的Sage-Husa自适应滤波算法;当组合系统测量噪声参数均为已知时,为降低算法复杂度,提高Sage-Husa自适应滤波的鲁棒性,加入协方差匹配的方法对序贯结构的Sage-Husa自适应滤波算法进行改进;通过在序贯结构下采用相应的信息融合策略,充分利用组合系统的输出信息。将两种算法分别应用于MIMU/GPS/磁强计组合系统中,基于跑车实验的离线数据分析表明,第一种滤波算法的滤波稳定性较标准自适应算法在滤波稳定性上有明显提高;第二种改进的滤波算法既降低了算法复杂度,又提高了抗野值效果,有效保持了组合系统在干扰状态下的导航精度。     

短波信道多普勒扩展仿真与实现

针对直接FIR滤波和多级内插滤波生成衰落因子的算法中存在算法复杂度高、计算效率低、存储空间大等问题,文章研究了一种多级迭代滤波的算法,以降低算法复杂度和减少存储空间,实时生成衰落因子;并进行了算法的复杂度分析和仿真实现,验证了算法的有效性.     

抗差自适应分步滤波算法在PPP/INS组合导航中的应用

针对常规抗差自适应滤波算法在PPP/INS组合导航应用中存在难以准确识别和分离观测粗差及运动异常对定位结果影响的问题，基于分类因子自适应滤波原理,提出了一种抗差自适应分步滤波算法。该算法首先执行第一步滤波,对状态模型异常信息进行隔离，仅对观测粗差进行诊断和抗差处理；然后在第一步滤波的基础上，执行第二步滤波，对状态模型异常进行诊断和自适应处理。算法分析表明，抗差自适应分步滤波算法可以准确地识别和分离观测粗差和运动异常扰动。实验结果表明，抗差自适应分步滤波算法能够进一步增强滤波算法抵抗观测粗差和运动异常扰动对滤波结果的影响，提高PPP/INS组合导航系统定位结果的稳定性和可靠性。     

发动机故障诊断的变记忆约束滤波算法

为提高故障诊断可靠性,给出了3种利用多次测量信息减少测量误差影响的方法,即变记忆约束滤波算法、分段算术平均预平滑算法以及指数顶平滑算法。其中,变记忆约束滤波算法能够有效地避免由于故障方程多重共线性所引起的病态解。证明了多故障诊断问题中滤波算法与分段算术平均算法的等价性,证明了在衰减滤波的条件下（第一变记忆因子小于1）,随测量点数的增加,变记忆滤波算法的第一变记忆因子与指数平滑的平滑系数之和趋近于1。利用计算机仿真方法对于所得结论进行了检验。     

基于改进的自适应平方根容积卡尔曼滤波相对导航算法

针对无人机编队飞行时由于目标建模的不确定性导致相对导航滤波算法精度降低甚至出现滤波发散的问题,提出了一种自适应平方根容积卡尔曼滤波算法。首先,建立了无人机双机编队时的相对导航模型。然后,基于新息的自适应修正准则,对滤波状态预测量进行修正,进行了基于自适应修正的平方根容积卡尔曼滤波相对导航算法设计。最后,开展了仿真计算与结果分析。仿真结果表明,该算法具有较好的滤波精度和稳定性,且当目标运动状态与模型不匹配时,该算法与平方根容积卡尔曼滤波算法相比有更好的滤波性能。     

基于无迹粒子滤波算法的航空发动机排气温度预测

针对粒子滤波算法不能考虑最新的观测值,仅使用某时间节点之前的实际数据来预测航空发动机排气温度,会造成预 测的温度数据误差累积,不能及时修正以及粒子退化等问题,将无迹粒子滤波引入到航空发动机排气温度预测中。分别介绍了粒 子滤波算法和无迹粒子滤波算法;在此基础上,建立了航空发动机的退化模型。利用退化模型和无迹粒子滤波算法对航空发动机 排气温度进行预测,并将预测值与实际值进行比较,将所得结果与采用传统粒子滤波算法得到的结果进行了对比,结果表明：无迹 粒子滤波算法对于排气温度的预测效果较好,所预测的发动机达到阈值的时间与实际时间更为接近,温度范围更为集中,准确性 更高,预测误差小于5%。     

基于自适应粒子滤波的涡扇发动机故障诊断

针对涡扇发动机非线性、非高斯的特点,提出了一种自适应的粒子滤波算法用于涡扇发动机气路部件突变故障的诊断.为了减小算法的计算量并且保证滤波精度,分析了滤波精度和样本数目的关系,提出根据滤波过程中状态的方差自适应地调整粒子数,在保证一定的滤波精度下可以有效地减少滤波过程中使用的粒子数,提高了算法的实时性.同时,引入扩展卡尔曼滤波(EKF)用于更新粒子,产生重要概率密度函数,在一定程度上避免了粒子的退化.通过某型涡扇发动机的仿真分析表明:改进的算法相比标准粒子滤波算法用于涡扇发动机气路部件故障诊断时,参数估计的方均根误差减小了50%左右,且算法的计算量减小了30%.     

基于超球体平方根无迹Kalman滤波算法的涡扇发动机气路部件故障诊断

研究了一种超球体平方根无迹Kalman滤波算法用来有效跟踪涡扇发动机气路部件发生渐变性和突变性故障的健康参数.该算法通过超球体单形采样来降低算法的计算量,采用测量残差协方差阵的平方根代替方差阵进行递推运算,提高了算法的计算效率和数值稳定性.分别采用扩展Kalman滤波算法、无迹Kalman滤波算法和超球体平方根无迹Kalman滤波算法对某型涡扇发动机进行仿真,结果表明:超球体平方根无迹Kalman滤波算法的滤波时间减少50%左右,能够实现渐变性和突变性故障中健康参数的准确估计,是一种有效的涡扇发动机气路部件参数估计和故障诊断方法.      

用自助法估计外弹道测量数据随机误差分布特性

针对外弹道测量数据的有限性使随机误差的分布估计不够准确的问题,提出了基于Bootstrap（自助）方法的外弹道测量数据随机误差分布特性估计。首先对测量数据采用样条分频技术得到随机误差的初步估计,然后采用三次多项式拟合修正样本经验分布函数,替换传统Bootstrap方法中经验分布函数,得到随机误差的Bootstrap样本,计算Bootstrap样本的统计量,从而得到精度较高的外弹道测量数据随机误差模型。从仿真数据验证结果来看,解决了传统Bootstrap方法仿真随机样本相对比较集中的问题。     

极小子样试验的半经验评估方法

阐明了Bootstrap方法适用于子样数n≥5而不适用于子样数为n=1,2的情形,对于n=1,2的极小子样,给出了一种半经验评估方法,并提出了把n=1虚拟增广至n=5的半经验虚拟增广子样法与Bootstrap再抽样法相结合的极小子样评估方法,阐明了所提方法的立论依据与推导过程,给出算例并做了有益的讨论。     

基于迭代算法的复杂曲面零件三坐标测量快速精确定位方法

针对复杂曲面零件在三坐标测量过程中存在着定位难、定位精度低的问题,基于改进的迭代最近点算法,提出了考虑半径补偿的预定位与精定位的多级定位算法;并通过建立定位点几何误差与叶片定位精度的数学关系模型,结合贪婪算法与六点原则,给出了近优的定位点序列生成方法。结合定位算法与定位点序列,给出了复杂曲面零件定位迭代流程,并开发了三坐标测量定位系统。以涡轮叶片为例,通过的定位仿真和定位实验,结果表明:该系统只需测量12～18个点即可使得叶片定位误差在0.1mm以内,证明该系统能有效的提高复杂曲面零件的定位精度和效率。      

无人艇集群协同定位算法误差分析

无人艇以集群方式被广泛应用于各个领域。无人艇集群完成任务的前提是获知相对的位置关系。为此,针对无人艇集群协同定位算法误差进行了全面分析。首先,给出了基于数据链协同定位原理。在此基础上,深入剖析了协同定位误差种类、特点及影响。最后,针对协同定位算法中对协同定位精度影响较大的 3个因素进行了仿真分析。分析结果表明,伪距测量误差和几何精度因子对协同定位误差影响最大。协同定位误差增大比例与伪距测量误差增大比例基本一致,大于几何精度因子增大比例;协同定位误差增幅小于源节点位置误差增幅。     

机载单站无源定位系统中相位差变化率提取方法(英文)

相位差变化率含有目标辐射源的距离信息,是机载单站无源定位系统中的重要参数。本文以正弦单载波脉冲信号为例,分析了基于相位差变化率的单站无源定位原理,以及测量误差的组成。基于对Cramer-Rao下限的分析,提出了一种基于多次观测的相位差变化率的高精度测量方法——时间片处理法。在相位差变化率的测量中,当信噪比较低时,频域鉴相方法优于时域鉴相方法,多时间片处理能够显著地降低测量方差,仿真验证了此算法的正确性和有效性。典型的无源定位场景的仿真验证了算法对动态测量的适应性。此测量算法简单、计算量小,易于实现。     

信道状态信息指纹定位算法性能评价方法研究

基于WiFi的定位技术大多使用接收信号强度,但该方法受多径和噪声干扰较大,精度有待提高。信道状态信息(channel state information, CSI)能够更加精细地描述信道状态,具有更强的稳定性。将CSI作为格点特征建立指纹定位数据库,利用该指纹库和在线测量数据,比较了多种定位算法在位置指纹法中的定位效果,并提出了评价KNN、wKNN和随机森林算法的一种评价依据和样本容量扩充方法,分析了三种方法随样本容量增加时定位时间和定位精度的稳定性,从包含定位精度在内的多种角度更加全面地评估了三种方法。结果表明,在以上三种定位算法中,随机森林算法的定位时间与定位精度的稳定性最好。     

子孔径拼接测量基本算法与迭代算法的性能比较研究

从原理上对子孔径拼接的基本算法与迭代算法即SASL算法进行了比较分析,提出利用SASL算法中重叠计算子问题的求解方法来确定基本算法中的重叠对应关系,并对两种算法的性能进行了对比研究。结果表明SASL算法对于子孔径的对准误差更不敏感,拼接测量结果更为可靠,且适用于平面、球面和非球面。     

基于自助法的小样本数据分析方法研究

自助法（Bootstrap）和随机加权法（Bayes Bootstrap）都是较好的处理小样本数据的方法,其无先验性,以及计算过程中只需要实际观测数据的优越性,使其广泛地应用于实际数据处理之中,后者的估计精度要更好些。但对连续情况而言,自助法的计算特性使得重抽样本局限在原始样本范围内,无法渐进于真实情况。文章基于自助法研究了用改进的样本经验分布函数来解决这个问题,并通过仿真算例说明方法的有效性。     

基于位置信息的高分辨雷达角闪烁抑制方法

角闪烁误差是导引头寻的制导的主要误差来源,基于高分辨力雷达的单脉冲测角算法可有效改善角闪烁现象。现有的研究大多基于幅度加权的思想,利用距离单元的幅度信息进行加权平滑处理。本文在现有高分辨测角算法的基础上,结合高分辨一维距离像的位置信息,提出了一种新的角度信息处理方法。该算法充分利用了距离像有效单元的目标信息,提高了角度测量精度。仿真实验表明该算法对角闪烁有较好的抑制作用。     

一种基于无线信号辅助的室内无死角定位算法

针对传统惯性导航系统定位误差随时间积累的问题,提出了一种基于无线信号辅助定位的室内无死角定位算法。该算法首先利用加速度计、陀螺仪、磁力计和气压计等传感器数据实现三维定位,然后利用无线信号对惯导定位中的位置偏差进行实时校正,再通过航向最优估计算法对航向误差进行修正,在位置和航向上增强惯导系统的实用性。利用实验室自主研发的微惯性测量单元固定在腰部脊椎位置进行实验验证,结果显示基于无线信号辅助的室内无死角定位算法精度达到1%以内,与纯惯导技术相比,能够提供更持久和准确的三维位置信息。