基于PnP和自适应线性卡尔曼滤波的实时位姿估计

针对实时位姿估计中扩展卡尔曼滤波(EKF)线性化引入非线性误差和依赖已知噪声分布的缺点,提出一种基于PnP的自适应线性卡尔曼滤波位姿估计求解方法。将PnP位姿估计求解策略引入卡尔曼滤波观测方程,通过对动态方程误差统计参数实时估计,自适应调节卡尔曼滤波递推参数。所提算法求解精度高,固定了观测方程的观测向量维度,提高了算法实用性。通过仿真试验,比较了该算法与EKF的位姿估计精度,通过量化误差分析,证明了该方法可以提高三维运动位姿估计精度,也验证了该方法的有效性。     

加权最小二乘—卡尔曼滤波算法在动基座对准中的应用

利用卡尔曼滤波算法进行估计需要给定初始状态估计值和初始误差方差阵.通常,初始状态估计值和初始误差方差阵由经验给定,而初始状态估计值和初始误差方差阵的选取影响着卡尔曼滤波的估计精度.文中提出了加权最小二乘-卡尔曼滤波算法,并运用到惯导系统动基座初始对准中,进行了仿真.仿真结果表明,利用加权最小二乘算法可得到更加精确的卡尔曼滤波的初始状态估计值和初始误差方差阵,提高卡尔曼滤波的估计精度,进而提高了初始对准的精度.     

基于改进容积卡尔曼滤波的奇异避免姿态估计

 利用矢量进行卫星姿态估计可以归结为非线性滤波问题。为了提高卫星姿态估计的精度,利用龙贝格-马尔塔(LM)迭代算法改进了容积卡尔曼滤波(CKF)。继而,提出改进容积卡尔曼滤波与四元数结合的容积四元数估计器(CQE),有效地避免了卫星大角度机动出现的奇异现象。进一步,给出了一种与影子修正罗德里格参数切换的容积修正罗德里格参数估计器(CME)。仿真对比表明,初始误差较大时容积修正罗德里格参数估计器具有更好的收敛速度和鲁棒性。     

飞行数据相容性检验技术

飞行试验测量数据中存在过程噪声和测量噪声,导致飞行数据之间不相容,国内目前常用的输出误差法不适用于耦合严重的直升机飞行数据相容性检验。采用增广卡尔曼滤波方法进行状态估计,大幅度地消除测量值中的误差;再用输出误差法对增广卡尔曼滤波估计的结果进行相容性检验,并将其应用于直升机四阶纵向等效模型辨识中。结果表明:提出的这种方法既解决了单独使用增广卡尔曼滤波进行数据相容性分析时由于初期收敛过程造成的滤波误差问题,又克服了单独使用输入误差法进行数据相容性时需手动修改时间延迟问题和测量值中误差过大时输出误差法无法收敛问题,使得检验效果与计算效率大幅提升。     

飞行数据相容性检验方法

飞行试验测量数据中存在过程噪声和测量噪声,导致飞行数据之间不相容,国内目前常用的输出误差法不适用于耦合严重的直升机飞行数据相容性检验。采用增广卡尔曼滤波方法进行状态估计,大幅度地消除测量值中的误差;再用输出误差法对增广卡尔曼滤波估计的结果进行相容性检验,并将其应用于直升机四阶纵向等效模型辨识中。结果表明:提出的这种方法既解决了单独使用增广卡尔曼滤波进行数据相容性分析时由于初期收敛过程造成的滤波误差问题,又克服了单独使用输入误差法进行数据相容性时需手动修改时间延迟问题和测量值中误差过大时输出误差法无法收敛问题,使得检验效果与计算效率大幅提升。     

空间信号完好性监测技术研究

星基增强导航系统(SBAS)通过向用户提供用户差分距离误差(UDRE:User Differential RangeError),来保证广播星历和星钟改正数的精度。本文设计了UDRE的一种改进算法,建立卫星导航系统星钟和星历误差的状态方程和量测方程,进行卡尔曼滤波计算星历与星钟误差改正数与改正精度,通过滤波误差估计精度矩阵计算UDRE,并做了相应的仿真分析和比较,结果表明:改进算法能够对UDRE做出更好的估计来满足星历及钟差改正误差相对应的伪距误差的置信限值。     

自适应滤波算法在SINS/GPS组合导航系统中的应用研究

以SINS/GPS组合导航系统为应用背景,对具有代表性的Sage自适应滤波和渐消卡尔曼滤波进行了研究,分析了这些方法在SINS/GPS组合导航应用中存在的问题,提出了适合工程应用的改进方法。改进的Sage自适应滤波主要对系统状态噪声协方差阵利用状态误差进行估计,更符合SINS/GPS组合导航系统的实际情况,提高了滤波稳定性。改进的渐消卡尔曼滤波采用矩阵因子的形式直接对状态预测协方差阵各分量进行不同程度的调节,使调节更趋合理。此外,改进算法增加了对观测粗差的处理,降低了观测粗差对滤波结果的影响。最后,用实际跑车试验验证了改进方法的有效性。     

基于星敏感器的卫星姿态估计方法研究

以星敏感器姿态信息作为测量数据,结合卫星姿态动力学方程组,采用增广卡尔曼滤波方法对无陀螺卫星姿态进行估计。研究发现,干扰力矩的变化会降低卫星姿态估计结果的精度,为此提出两种改进的姿态估计算法:增广自适应卡尔曼滤波方法和增广强跟踪卡尔曼滤波方法;仿真表明,两种算法都能很好地克服干扰力矩变化导致的精度下降现象。     

基于扩展卡尔曼滤波的小型固定翼无人机姿态估计方法分析

随着小型固定翼无人机的发展,由于其成本低、体积小的特点受到越来越多的企业青睐,但是由于成本问题,导致大部分企业只能选择成本较低的传感器,因此,针对固定翼无人机的姿态估计变得困难。为了解决这个问题,需要研究出一种新的姿态估计方法。利用离散型扩展卡尔曼滤波原理,结合常用的惯性导航系统和卫星定位系统,对小型无人机姿态进行估计解算。仿真结果显示,该方法可以准确地估计出无人机的姿态信息,其最大误差不超过2°,通过与未进行滤波算法处理的结果相比较,大大地减小了姿态估计的误差,因此这种基于扩展卡尔曼滤波的姿态估计算法针对小型无人机的姿态估计是可靠的。     

大失准角下MIMU空中快速对准技术

 为了提高微小型无人机空中的反应速度和作业精度,提出将基于模型误差预测的扩展卡尔曼滤波(MEP-EKF)方法应用在大失准角下微惯性测量单元(MIMU)的空中对准中,通过不同机动飞行策略的仿真结果,证实MEP-EKF算法不仅能够实时估计出系统的模型误差,而且将其与扩展卡尔曼滤波(EKF)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)方法进行了仿真比较,结果表明MEP-EKF算法在方位误差角的估计上,取得了比EKF和UKF精度高的仿真结果,使得方位失准角由30°快速下降到1°左右,而且MEP-EKF所需时间仅是UKF的17%。     

基于数字滤波的低频时码秒脉冲抖动平滑方法研究

低频时码授时信号在接收时,由于环境等因素的影响会导致解调得到的低频时码秒脉冲出现抖动。为减小该抖动现象对低频时码定时精度的影响,基于我国低频时码授时系统(BPC),研究并设计基于数字滤波的秒脉冲抖动平滑方法,通过仿真实验,验证分析了最小均方误差(LMS)自适应滤波算法和卡尔曼滤波算法的有效性和抖动平滑性能。结果表明,低频时码秒脉冲的抖动现象可以通过BPC 1PPS (one pulse per second)和本地1PPS之间的相位差波动情况反映;LMS自适应滤波算法和卡尔曼滤波算法对BPC 1PPS的抖动平滑处理均有明显效果,卡尔曼滤波算法的抖动平滑效果更优,但存在一定的收敛时间,LMS自适应滤波算法的滤波结果响应速度快,但抖动平滑性能受滤波器阶数的影响。所以,在实际应用中,应根据实际需求选择合适的滤波器及相关参数。     

Adaptive robust cubature Kalman filtering for satellite attitude estimation

This paper is concerned with the adaptive robust cubature Kalman filtering problem for the case that the dynamics model error and the measurement model error exist simultaneously in the satellite attitude estimation system. By using Hubel-based robust filtering methodology to correct the measurement covariance formulation of cubature Kalman filter, the proposed filtering algorithm could effectively suppress the measurement model error. To further enhance this effect and reduce the impact of the dynamics model error, two different adaptively robust filtering algorithms, one with the optimal adaptive factor based on the estimated covariance matrix of the predicted residuals and the other with multiple fading factors based on strong tracking algorithm, are developed and applied for the satellite attitude estimation. The quaternion is employed to represent the global attitude parameter, and three-dimensional generalized Rodrigues parameters are introduced to define the local attitude error. A multiplicative quaternion error is derived from the local attitude error to maintain quaternion normalization constraint in the filter. Simulation results indicate that the proposed novel algorithm could exhibit higher accuracy and faster convergence compared with the multiplicative extended Kalman filter, the unscented quaternion estimator, and the adaptive robust unscented Kalman filter.     

自适应卡尔曼滤波在航空发动机参数估计中的应用

介绍根据实际飞行数据并用卡尔曼滤波方法对某型发动机的参数估计及其结果。重点研究了卡尔曼滤波在航空发动机参数估计中的滤波发散问题和解决这一问题的自适应卡尔曼滤波、飞行条件补偿及模型修正的综合方法。      

基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波在北斗单向授时中的应用

为了提高北斗单向授时的授时精度,提出了一种基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法。将“当前”统计模型应用于接收机时钟频率漂移的建模以建立状态方程,使用经过卡尔曼滤波后的钟差和钟速对本地时钟进行修正。实验结果表明,在选取合适的机动频率和最大频率漂移的情况下,相比于未滤波修正,温补晶振时钟的峰峰值最多可以减小36.7%,标准差最多可以减小42.5%;恒温晶振时钟的峰峰值最多可以减小71.8%,标准差最多可以减小67.0%。基于“当前”统计模型的卡尔曼滤波单向授时方法,可以有效地降低观测量的误差与噪声对于接收机钟差与钟速的影响,从而提高授时精度。     

基于中值滤波和小波变换的混合滤波方法在推进剂监测中的应用

目前,监测传感器传出信号中混有很多噪声,为提高信号可信度,需要一种有效的信号处理方法。文章基于Matlab仿真环境,完成了信号仿真和滤波算法的设计,重点对单传感器仿真信号的去噪和多传感器信息融合进行了研究,提出了基于中值滤波和小波阈值滤波的混合滤波方案和基于Kalman滤波的信号融合方案。研究工作有:基于高斯白噪声和脉冲噪声的数学特性,合理假设出5种基本信号形式;依据实际数据,完成单传感器和多传感器信号仿真,确定信噪比和均方根误差作为去噪评定指标;综合分析现有的滤波算法的滤波特性,利用不同长度滑动窗口的中值滤波处理实验信号,选取合适长度的滑动窗口。设置对比实验确定小波阈值滤波中的小波基函数选取、阈值计算和分解尺度等参数;融合中值滤波和小波阈值滤波优势,设计混合滤波方案,去除单传感器仿真信号中的噪声;研究信息融合理论在泄漏监测系统中的应用,设置不同融合方式下的对比实验,确立最佳融合方式下的Kalman滤波方案,实现多传感器信息融合。     

在组合导航系统中Kalman滤波技术的应用

在导航系统中引入Kalman滤波技术,主要是为了减小导航定时的参数误差并提高系统的定位精度,以INS/GPS组合导航系统为背景,设计位置速度组合模式的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行仿真研究,结果表明组合导航系统在导航精度和稳定性方面较单一的导航系统都有提高。     

三星无源定位的精度分析及定位算法

 在三颗地球同步卫星加气压高度表的无源定位中,定义了气压高度表水平几何误差因子(HDOP)和伪距位置几何误差因子(PDOP),并给出了相应的数学表达式和分布图。提出了在卡尔曼滤波算法中增加多普勒频率作为观测量,同时选用衰减记忆法滤波,并给出了相应的算法。仿真结果表明：衰减记忆法滤波可以有效克服因Singer模型不准确引起的卡尔曼滤波发散;对于高中动态用户,增加多普勒频率后的衰减记忆卡尔曼滤波算法的定位精度要高于常规卡尔曼滤波法和迭代最小二乘法的定位精度。