非等间隔滤波及其在导航系统中的应用综述

滤波的目的是从序贯量测中在线、实时地估计和预测出动态系统的状态和误差的统计量.现存的大多数滤波方法要求传感器信息同时测量并同时到达,但是传感器获得的信息往往不满足此条件,即信息是非等间隔的.信息的不等间隔特性影响到导航精度,非等间隔滤波的提出为该问题提供了一类解决方案.针对国内外非等间隔滤波及其在导航系统中的应用现状,...     

利用磁强计数据确定卫星姿态的简易滤波算法

针对一类俯仰轴负向安装有偏置动量轮的重力梯度稳定的三轴主动磁控微小卫星,在分析其数学模型的基础上,将俯仰通道与滚动-偏航通道解耦,分别给出了仅用磁强计测量数据确定各通道姿态的卡尔曼滤波算法。并进一步分析了滤波系统模型的周期性,探讨了实现周期滤波增益的可行性。最后通过仿真算例验证了该滤波算法的有效性以及采用周期滤波增益的可行性。     

高超声速机动目标天基跟踪鲁棒性滤波方法

为解决高超声速滑翔飞行器(HGV)机动飞行过程中的跟踪问题,提出了一种基于机动观测器补偿的鲁棒扩展卡尔曼滤波方法。针对传统卡尔曼滤波器由于模型误差而无法稳定跟踪的问题,首先建立了HGV动力学模型和天基红外测量模型;随后,设计机动观测器对未知气动加速度进行在线估计;在此基础上,利用机动估计对扩展卡尔曼滤波中的预测步骤进行修正,克服了因模型误差而导致的滤波发散问题;最后,考虑到机动观测器的时延误差,在扩展卡尔曼滤波迭代过程中引入次优渐消因子,提高了滤波跟踪的鲁棒性。与强跟踪滤波、扩维卡尔曼滤波、交互多模型滤波等典型跟踪方法相比,所提方法可在不具备目标机动先验信息的情况下,以较低的计算耗时取得良好的稳定性和跟踪精度。     

基于概率数据关联的地形辅助导航算法

地形辅助导航是解决惯性导航系统定位误差随时间不断增大的缺点重要方法之一，论文在分析概率数据关联滤波器的基础上，提出了一种基于概率数据关联滤波的新的地形辅助导航算法。算法把满足一定条件的相关值作为滤波器的有效量测，把飞行器的位置作为状态，建立了基于概率数据关联的地形辅助导航模型，利用概率数据关联滤波算法计算飞行器的位置坐标。仿真结果表明该算法的正确匹配率、均方根误差和圆概率误差均优干TERCOM算法。     

陀螺罗经和计程仪辅助的GNSS/SINS松组合导航系统

针对GNSS/SINS组合导航系统在全球导航卫星系统(GNSS)失效情况下,系统导航误差会因捷联式惯性导航系统(SINS)的误差积累而迅速扩大的问题,提出一种基于卡尔曼滤波(KF)的GNSS/SINS/GC/VL松组合导航系统及算法。该算法利用引入的航向和航速信息建立滤波方程,可以实现在滤波后对SINS进行误差修正。仿真结果表明,有陀螺罗经和计程仪辅助的GNSS/SINS组合导航系统在GNSS失效情况下,其定位误差比传统GNSS/SINS松组合的定位误差小。     

基于自适应算法的月球引力常数和J_2系数确定

针对月球引力场自主确定过程中测量噪声统计特性未知导致扩展卡尔曼滤波精度低、易发散的问题,提出了一种自适应扩展卡尔曼滤波算法。该算法通过采用改进的噪声估计器,对滤波过程中未知测量噪声统计特性进行实时估计和修正,有效地提高了扩展卡尔曼滤波器的稳定性,减小了状态估计的误差。通过与蒙特卡洛仿真,扩展卡尔曼滤波的结果比较,自适应扩展卡尔曼滤波算法加强了滤波的稳定性,并且明显提高了月球探测器轨道的确定精度、月球引力常数精度和月球J2项摄动系数精度。     

一种采用衰减记忆滤波的环月航天器自主导航方法研究

针对环绕月球运行的深卒探测航天器提出了一种新的自主导航方案，该方案是以两个环月航天器之间的相对位置矢量信息作为量测量，结合轨道动力学方程，对航天器的轨道自主估计确定，方案中考虑了符合实际的复杂摄动影响，并对描述动力学特性的数学模型与噪声的统计模型不准确而导致的滤波发散问题，提出利用一种经过衰减记忆改进的平方根非线性滤波（SRUKF）算法进行解决。对所提方案做了大量的计算机仿真，同时洋尽的分析和比较了由于衰减因子及采样周期变化所带来的影响。从仿真结果上看，衰减记忆滤波处理能够很好得抑制非线性状态转移条件下的滤波发散趋势。     

一种用于实时轨道确定的NPF-SRCKF滤波算法

针对航天器实时轨道确定中建模复杂、计算量大、估计精度低的问题,设计了一种考虑地球J 2 摄动影响的基于NPF-SRCKF的实时轨道确定算法,该算法采用非线性预测滤波(NPF)对模型误差进行补偿修正,利用平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法对修正模型误差后的系统进行状态估计。针对单测站、双测站跟踪测量设计了不同的实时轨道确定算法。实验结果显示,将非线性预测滤波和平方根容积卡尔曼滤波结合在一起,运用于简化的实时轨道确定模型,能有效降低计算复杂度,改进数值运算的稳定性,提高状态估计的精度。     

基于双回路扩展卡尔曼滤波的惯性平台连续自标定

为解决传统的惯性平台连续自标定中,由于系统非线性强、状态向量维数大引起的滤波收敛速度慢、对滤波初始条件敏感等问题,研究了一种双回路扩展卡尔曼滤波方法。首先给出了平台连续自标定的误差模型;然后根据加速度计误差与导航误差之间的关系,对加速度计输出进行预滤波得到加速度计输出误差;同时通过分析陀螺仪误差在平台连续自标定过程中的传播特性,将耦合在加速度计输出误差中的陀螺仪误差解耦;最后以陀螺仪误差和加速度计输出为观测量,建立了陀螺仪和加速度计的扩展卡尔曼滤波方程,分别对陀螺仪和加速度计误差系数进行标定,实现双回路扩展卡尔曼滤波。仿真结果表明,该方法能够在900 s内以低于0.05%的相对误差标定出所有的平台误差系数,并且对滤波初始条件不敏感,可以有效地扩展连续自标定方法的实际应用。     

一种卫星姿态确定的非线性算法

在稳态卡尔曼滤波算法中引入非线性项 ,改进了算法的性能。思路是在姿态确定误差较大时 ,使得非线性滤波算法等价于具有较大滤波增益的稳态卡尔曼滤波器。理论分析和仿真结果表明在保证同样稳态估计精度的情况下 ,与稳态卡尔曼滤波算法相比较 ,非线性滤波算法具有更快的收敛速度     

自学习自适应INS／Doppler组合导航系统

本文通过引入文［１］提出的自学习适应Ｋａｌｍａｎ滤波，而将氢此组成的具有自学习功能的智能组合导航系统直接建立在噪声分布密度的异步自学习估计上，由于此时的ＬＡＫＦ在每次重复滤波实验后可离线异步地学习模型与量测噪声的统计特性，从而可有效地避免滤波发散现象并能确保实时性。文中结合某飞行器，对ＩＮＳ／Ｄｏｐｐｌｅｒ组合导航系统进行了仿真研究，所得结果十分满意。     

基于全局估计的联邦卡尔曼滤波信息同步方法

组合导航系统一般采用联邦卡尔曼滤波作为基本的状态估计方法。由于各导航子系统的观测周期一般不相同 ,因而存在导航系统的观测时刻与滤波器的滤波时刻不一致的问题。本文提出了一种应用全局估计量与不同步观测量共同进行时间更新 ,以获取同步观测信息的方法 ,并应用仿真运算证明了该方法的有效性     

S波段可编程遥测的若干实际经验

介绍Ｓ频段２ Ｍｂ／ｓ遥测系列产品的若干实际经验。首先介绍该系列产品在多次地面试验和飞行试验中表现的优点，如射频频段和数据格式符合国际通用标准，在数字化基础上实现的通用化、系列化、模块化给设计、生产、使用带来的一系列优点，计算机检测带来的方便、快捷等，都已得到共识。其次在帧格式、码速率、调制度、同步帧格式切换、异步数据嵌入等方面指出了应该关注的要点。第三，有关射频频谱的估算和测试、频带利用、预调滤波等等问题。第四，介绍了多径效应影响性质以及测试中减小多径效应影响的办法。最后对模拟信号传输、校准方式、程序管理、测量能力利用等方面提出作者自己的看法。     

一种多输入情况下FPGA跨时钟域的解决方法

采用异步FIFO是解决多比特数据跨时钟域传递的一种有效方法。在异步FFIO的基础之上提出一种通过扩展FIFO位宽,实现伴随门控信息与数据同时转换的新方法。与传统方法相比较,新方法具有更好的同步性。     

跟瞄激光雷达扫描图像的实时滤波算法

为实现跟瞄激光雷达的高精度实时跟瞄,对雷达三维信息实时滤波算法进行了研究。对方位信息,用卡尔曼滤波算法滤波,在保证实时性的同时获得了较好的滤波效果;对距离信息,用去边缘点3×3小窗口中值滤波算法,实现了对距离信息的准实时性滤波。研究表明:该信息处理滤波算法既有优良的滤波性能,又能保证实时性,可提高测角和测距精度,改善整机的实时跟踪性能。     

异步并行的分布式协同进化MDO算法研究

为满足分布式计算机网络环境下多学科并行设计优化协调的要求，研究了分布工协同进化MDO算法的网络异步并行实现，给出了异步并行的分布式同进化MDO算法。对导弹设计的计算实例，与单机上顺序执行的分布式协同进行MDO算法相比，异步并行的分布式协同进化MDO算法可有效缩短运行时间，而二者的收敛性能相当。算法基于CORBA/C 实现，灵活性、容错性好，便于在飞行器一体化设计环境中应用。     

基于TDOA的非同步照射辐射源定位算法

针对现有基于信号到达时差（TDOA）的定位算法难以适应辐射源信号非同步到达的定位问题,提出了一种新的非同步照射辐射源定位算法。该算法利用脉冲样本图外推各站辐射源脉冲的到达时间（TOA）序列,进而计算TDOA序列（TDOAs）,解决了非同步照射引起的TDOA计算困难问题,通过两条双曲线的渐近线交点求取初值,通过牛顿迭代法实现对辐射源位置的估计。最后给出的数值仿真结果验证了该方法的有效性。     

适用于信标光检测的非对称中值滤波改进算法

在进行星间激光通信时,光斑位置检测的准确性会直接影响捕获、跟踪、瞄准过程。然而由于其采集传输过程中受到干扰或自身器件响应的缺陷,导致出现模糊及噪声,因此在进行光斑定位前应当进行滤波预处理。经典3×3窗口的中值滤波算法对噪声的滤除效果较好,但处理时间过长,因此提出了基于3×4窗口的非对称快速中值滤波的算法。首先对经典方法两个相邻窗口处理时重复利用的6个中间像素值进行排序,再分别与窗口内最左列和最右列中值进行比较,所得中值替换掉原信号中心位置两个像素。经目视观察,两种滤波算法去噪效果相当。对于3×4窗口的改进中值滤波带来的后续光斑定位误差问题,可以通过统一标校进行弥补,误差在可接受范围内。通过程序仿真结果可得,改进的快速中值滤波算法缩短了响应时间。因此,非对称中值滤波改进算法增强了算法的实时性,更适合基于FPGA平台的设计与实现。     

复杂背景中红外弱小目标检测技术研究

对复杂背景中红外弱小目标检测识别的一种图像处理技术进行了研究。用最大中值滤波进行预处理以抑制孤立噪声影响,采用时域方差滤波抑制背景信息,对滤波后的图像根据直方图信息进行自适应二值化处理,由多帧轨迹确定目标。用实验与基于形态学算子滤波的目标检测算法进行了比较,结果表明该算法能获得较满意的目标检测结果,两种滤波方法的组合可有效提高信噪比。     

基于平移不变量的激光陀螺信号快速滤波方法

为提高激光陀螺的测量精度,提出了一种平移不变量小波快速滤波方法。对信号作循环平移,进行软(硬)阈值小波消噪处理再作逆平移,通过多次“平移——滤波——逆平移”过程,最后平均所获结果,有效消除软阈值小波滤波中的伪吉布斯现象。讨论了算法中平移量对滤波效果和计算复杂度的影响。用Allan方差法对一组激光陀螺实测零漂信号的不同方法滤波效果分析结果表明,该滤波法能在不影响滤波效果的前提下较大幅度减少计算量。