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基于调谐卡尔曼滤波的光栅MOEMS IMU姿态算法研究
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作者 王兵权 孙文强 +2 位作者 解琨阳 金丽 李孟委 《微纳电子技术》 2025年第3期121-127,共7页
针对纳米光栅微光机电系统(MOEMS)惯性测量单元(IMU)的高精度姿态解算需求,设计了一种基于调谐卡尔曼滤波(TKF)的姿态算法,解决了复杂动态环境下姿态估计精度不足和噪声抑制效果不佳等问题。首先阐述了纳米光栅MOEMS IMU的测量原理,建... 针对纳米光栅微光机电系统(MOEMS)惯性测量单元(IMU)的高精度姿态解算需求,设计了一种基于调谐卡尔曼滤波(TKF)的姿态算法,解决了复杂动态环境下姿态估计精度不足和噪声抑制效果不佳等问题。首先阐述了纳米光栅MOEMS IMU的测量原理,建立了陀螺仪/加速度计的力-光-电检测模型。其次介绍了调谐卡尔曼滤波的算法流程,建立了状态空间方程、噪声模型及误差传播模型。最后,通过静态和动态条件下的姿态解算实验验证了调谐卡尔曼滤波算法的可行性。通过与其他解算算法效果进行对比,验证了调谐卡尔曼滤波算法对于纳米光栅MOEMS IMU的姿态解算效果。实验结果表明,采用调谐卡尔曼滤波的姿态解算算法,相较于传统的卡尔曼滤波与互补滤波算法,横滚角解算精度提升了9.1%,俯仰角解算精度提升了12.3%。 展开更多
关键词 纳米光栅惯性测量单元(IMU) 调谐卡尔曼滤波(Tkf) 姿态算法
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有色噪声下基于改进卡尔曼滤波的结构响应重构
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作者 李志娟 彭珍瑞 《噪声与振动控制》 北大核心 2025年第1期46-52,共7页
针对传统卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法进行结构响应重构时无法处理有色噪声,导致重构精度降低的问题,提出一种基于自适应一步相关卡尔曼滤波(Adaptive One-step Correlated Kalman Filter,AOCKF)算法的结构响应重构方法。首先使用A... 针对传统卡尔曼滤波(Kalman Filter,KF)算法进行结构响应重构时无法处理有色噪声,导致重构精度降低的问题,提出一种基于自适应一步相关卡尔曼滤波(Adaptive One-step Correlated Kalman Filter,AOCKF)算法的结构响应重构方法。首先使用AOCKF算法处理测量过程中的时变有色噪声,得到状态的最优估计。然后利用估计的状态向量重构出感兴趣位置处的结构响应。最后对二维桁架和外伸梁分别进行数值模拟和试验分析,验证了所提方法的有效性。结果表明,根据所提方法重构出的响应时程曲线可以较好地拟合真实响应或测量响应时程曲线,且具有较高的重构精度。 展开更多
关键词 声学 有限测量响应 时变有色噪声 卡尔曼滤波算法 响应重构
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基于加权多新息卡尔曼滤波算法的响应重构
3
作者 马溢洁 彭珍瑞 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2024年第5期50-55,74,共7页
针对卡尔曼滤波算法容易受到噪声的影响,使得响应重构精度降低甚至发散的问题,提出一种基于加权多新息卡尔曼滤波算法的响应重构方法。首先在融合多新息理论和卡尔曼滤波算法的基础上,引入加权矩阵动态调整新息矩阵的权重以降低历史干... 针对卡尔曼滤波算法容易受到噪声的影响,使得响应重构精度降低甚至发散的问题,提出一种基于加权多新息卡尔曼滤波算法的响应重构方法。首先在融合多新息理论和卡尔曼滤波算法的基础上,引入加权矩阵动态调整新息矩阵的权重以降低历史干扰数据的累积影响。随后将该方法用于响应重构中,使用有限的加速度响应对其余未知位置处的加速度、速度以及位移响应进行重构。最后分别对起重机桁架和简支梁进行数值模拟和试验验证,结果表明与卡尔曼滤波算法和多新息卡尔曼滤波算法的响应重构方法相比,所提方法的滤波稳定性和估计精度得到改善,其能在运行时间增加很小的情况下有更高的重构精度。 展开更多
关键词 振动与波 起重机 响应重构 卡尔曼滤波算法 多新息理论 加权多新息
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基于卡尔曼滤波算法的风电机组动态推力消减控制策略 被引量:2
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作者 牛焕然 黄国燕 +3 位作者 黄蓉 胡广 赵森 董竹林 《太阳能》 2024年第1期43-50,共8页
随着变桨变速式风电机组叶片的大型化发展趋势,风电机组在额定风速区域运行时,由于尖峰推力导致的极限荷载问题越来越突出。为此,在风电机组基本控制策略基础上提出了一种基于卡尔曼滤波算法的动态推力消减控制策略,根据风电机组能量传... 随着变桨变速式风电机组叶片的大型化发展趋势,风电机组在额定风速区域运行时,由于尖峰推力导致的极限荷载问题越来越突出。为此,在风电机组基本控制策略基础上提出了一种基于卡尔曼滤波算法的动态推力消减控制策略,根据风电机组能量传递关系,以测量转矩、桨距角和风轮转速为输入量,对轮毂风速进行估计,经过推力消减控制器的最优桨距角计算实现动态变桨,以降低风电机组整体的轴向推力水平;最后以某5.0MW风电机组为例,搭建了半实物仿真实验平台,对提出的控制策略进行了实验验证。实验结果表明:该控制策略能够有效降低风电机组轴向推力,减小风电机组极限荷载。 展开更多
关键词 卡尔曼滤波算法 风电机组 推力 极限荷载 推力消减 控制策略
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卡尔曼滤波算法在辽宁东部测雨雷达降水同化适用性分析 被引量:1
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作者 张新 《水利技术监督》 2024年第6期246-249,共4页
为提高测雨雷达在辽宁地区的适用性,文章采用卡尔曼滤波算法对辽宁东部大洋河流域测雨雷达数据进行降水同化适用性分析。分析表明:采用卡尔曼滤波算法对测雨雷达数据进行同化分析后,其面降水误差可平均降低7.93%,单站降水回归方程可通过... 为提高测雨雷达在辽宁地区的适用性,文章采用卡尔曼滤波算法对辽宁东部大洋河流域测雨雷达数据进行降水同化适用性分析。分析表明:采用卡尔曼滤波算法对测雨雷达数据进行同化分析后,其面降水误差可平均降低7.93%,单站降水回归方程可通过90%显著性检验。研究成果对于测雨雷达数据在辽宁地区流域面降水监测实际应用具有参考价值。 展开更多
关键词 测雨雷达 降水同化 卡尔曼滤波算法 大洋河流域 辽宁东部
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基于改进无迹卡尔曼滤波的滑坡监测算法
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作者 祁闻 岳鹏 +1 位作者 卢晓辉 庞哲铭 《世界有色金属》 2024年第9期232-234,共3页
在露天矿开采过程中滑坡坍塌是开采过程中常见的问题,滑坡是影响露天矿边坡安全生产的重要因素,露天矿边坡稳定性研究与治理是矿山技术工作中不可缺少的组成部分。因此,提出一种基于改进灰狼算法优化的无迹卡尔曼滤波算法,解决无迹卡尔... 在露天矿开采过程中滑坡坍塌是开采过程中常见的问题,滑坡是影响露天矿边坡安全生产的重要因素,露天矿边坡稳定性研究与治理是矿山技术工作中不可缺少的组成部分。因此,提出一种基于改进灰狼算法优化的无迹卡尔曼滤波算法,解决无迹卡尔曼滤波对模型不确定性的鲁棒性差和在系统达到平稳状态时,容易丧失对突变状态的跟踪能力的问题。传统灰狼算法(GWO)易陷入局部最优、后期收敛速度慢等问题,因此提出非线性控制参数组合调整策略,形成改进的灰狼优化算法,运用改进的灰狼优化算法对无迹卡尔曼滤波进行实时优化。结果表明所提算法误差小、精度高,具有良好的预测效果。 展开更多
关键词 矿山边坡 轨迹预测 灰狼优化算法 卡尔曼滤波
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基于无迹卡尔曼滤波的液体火箭发动机故障诊断
7
作者 许亮 芦弘炜 +1 位作者 王闻浩 薛薇 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第4期516-525,共10页
针对火箭发动机故障数据难以获取的问题,设计了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的液体火箭发动机故障诊断算法。采用MATLAB/Simulink平台搭建了液体火箭发动机故障仿真模型,实现发动机正常运行仿真和预燃室氧阀门故障、氧主泵汽蚀、氢主涡... 针对火箭发动机故障数据难以获取的问题,设计了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的液体火箭发动机故障诊断算法。采用MATLAB/Simulink平台搭建了液体火箭发动机故障仿真模型,实现发动机正常运行仿真和预燃室氧阀门故障、氧主泵汽蚀、氢主涡轮叶片脱落3种故障仿真。将正常运行仿真值与设计值、试车值进行了对比。结果表明:模型参数与设计值最大误差不超过5%,仿真精度较高;仿真参数变化趋势与试车值基本一致,且稳态值误差较小。使用UKF算法求取发动机正常运行阈值范围,并对故障序列进行滤波处理,若故障数据连续3次超出阈值区间,且在0.1 s内有至少2个涡轮泵发出报警,则判定故障发生,故障发生时间为第2个涡轮泵报警时间。使用设计算法对3种故障序列进行诊断,判定故障发生时间分别为20.08 s、20.05 s、20.18 s。相比于传统红线阈值算法,文中所设计算法响应更为及时,且误报率较低。 展开更多
关键词 故障诊断 液体火箭发动机 无迹卡尔曼滤波 故障仿真 红线阈值算法
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基于改进关键帧筛选的多状态约束卡尔曼滤波 被引量:1
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作者 修瑾智 方针 +5 位作者 彭慧 陈燕苹 邹梦强 刘宇 杨诚霖 王森 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第4期474-477,共4页
基于多状态约束卡尔曼滤波的融合算法仅利用单帧图像进行位姿估计,若初始化不正确,会导致视觉位姿估计发散严重;若将每个视觉特征点都包含进系统状态向量,则极易增加系统计算负担。针对上述问题,提出了一种改进的关键帧选择算法,利用多... 基于多状态约束卡尔曼滤波的融合算法仅利用单帧图像进行位姿估计,若初始化不正确,会导致视觉位姿估计发散严重;若将每个视觉特征点都包含进系统状态向量,则极易增加系统计算负担。针对上述问题,提出了一种改进的关键帧选择算法,利用多个视觉关键帧对相同特征点的约束来减小视觉测量误差,提高定位精度,同时只将关键帧解算出的相机位姿融入系统状态向量,有效地降低了系统计算量。实验表明,改进算法与EKF相比,其定位精度和计算效率分别提升了29.09%和32.2%。与Orb-slam2相比,改进算法的计算效率提升了35.48%。 展开更多
关键词 关键帧 卡尔曼滤波 融合算法 视觉定位 惯性定位
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基于移动窗卡尔曼滤波算法的结构响应重构 被引量:9
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作者 张笑华 吴志彪 +1 位作者 吴圣斌 黄梅萍 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第21期90-96,105,共8页
为了克服传统卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法在重构结构未测点响应时,需要已知测量噪声方差和过程噪声方差以及需假定二者为恒值的问题,提出了一种基于移动窗卡尔曼滤波(moving-window Kalman filter,MWKF)算法的结构响应重构方法。... 为了克服传统卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)算法在重构结构未测点响应时,需要已知测量噪声方差和过程噪声方差以及需假定二者为恒值的问题,提出了一种基于移动窗卡尔曼滤波(moving-window Kalman filter,MWKF)算法的结构响应重构方法。该方法的特点在于:无需预先按经验设定测量和过程噪声方差值,利用移动窗技术,首先实时估计二者的数值,然后基于KF算法,利用有限测点的响应信息重构结构未安装传感器位置的响应。以一个平面单跨框架结构为例进行数值模拟和试验分析。分析结果表明:该方法能有效地实时估计测量噪声方差和过程噪声方差,未测点的重构动力响应时程与计算响应时程或者测量响应吻合良好。 展开更多
关键词 噪声方差未知 卡尔曼滤波(kf)算法 移动窗 有限测点 响应重构
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基于Sage-Husa的线性自适应平方根卡尔曼滤波算法 被引量:10
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作者 周勇 张玉峰 +1 位作者 张超 张举中 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期89-93,共5页
针对标准卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波存在的局限性,结合平方根滤波的思想,对传统Sage-Husa估计器进行改进,提出了一种新的线性自适应平方根卡尔曼滤波(Linear Adaptive Square-RootKalman Filtering,LASRKF)算法。该算法直接对系统状态... 针对标准卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波存在的局限性,结合平方根滤波的思想,对传统Sage-Husa估计器进行改进,提出了一种新的线性自适应平方根卡尔曼滤波(Linear Adaptive Square-RootKalman Filtering,LASRKF)算法。该算法直接对系统状态方差阵和噪声方差阵的平方根进行递推与估算,确保了状态和噪声方差阵的对称性和非负定性;算法还增添了对系统噪声统计特性估计的计算,强化了滤波器的稳定性和自适应能力;与传统Sage-Husa自适应滤波算法相比LASRKF可提高滤波器抗发散的能力。仿真实验表明,LASRKF可有效提高滤波器的精确性、稳定性和自适应能力。 展开更多
关键词 算法 协方差矩阵 预估 卡尔曼滤波 线性系统 稳定性 LASRkf算法
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基于矩阵卡尔曼滤波的捷联惯导初始对准算法 被引量:8
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作者 崔潇 秦永元 +1 位作者 严恭敏 周琪 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期585-590,共6页
针对捷联惯导系统大失准角晃动基座条件下的初始对准问题,提出了一种基于矩阵卡尔曼滤波的抗干扰自对准算法。该方法将传统大失准角非线性对准问题,简化为确定初始时刻姿态的线性矩阵卡尔曼滤波估计问题。借鉴惯性系REQUEST算法,将重力... 针对捷联惯导系统大失准角晃动基座条件下的初始对准问题,提出了一种基于矩阵卡尔曼滤波的抗干扰自对准算法。该方法将传统大失准角非线性对准问题,简化为确定初始时刻姿态的线性矩阵卡尔曼滤波估计问题。借鉴惯性系REQUEST算法,将重力矢量在惯性系下的投影作为量测,利用K矩阵在对准过程中为常值特性,以其作为待估计的状态可避免系统模型误差和初始误差的影响,同时避免了传统方法对失准角大、小的假设,也不再区分粗、精对准过程,适用于任意姿态、无初值条件下的对准。在发动机振动及外界扰动条件下进行了四个方位的对准试验,试验表明,对于导航级惯导系统,算法可在5 min内完成初始对准且统计方位均方差小于3'(1σ),略优于传统算法。 展开更多
关键词 初始对准 REQUEST算法 K矩阵 矩阵卡尔曼滤波
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基于转换坐标卡尔曼滤波算法的雷达目标跟踪 被引量:16
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作者 杨春玲 刘国岁 倪晋麟 《现代雷达》 CSCD 北大核心 1998年第5期48-54,共7页
在三维空间中推导了转换坐标卡尔曼滤波算法,得到了在目标真实位置已知的条件下去偏转换测量值误差方差的表达式及在测量值已知条件下去偏转换测量值误差方差的表达式,用此算法进行了雷达目标跟踪仿真,取得了较好的跟踪效果。
关键词 转换坐标 卡尔曼滤波算法 雷达目标跟踪
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基于卡尔曼滤波的接收信号强度指示差值定位算法 被引量:12
13
作者 耿友林 解成博 +2 位作者 尹川 郭兰图 王先义 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期455-461,共7页
针对频谱监测系统中被监测信号无法控制并且没有任何先验知识,只能通过对信号被动监测,即接收与处理信号来估计信号源位置的要求,该文提出一种基于接收信号强度指示差值(RSSID)的定位算法,并利用卡尔曼滤波提高其定位精度。该文将两监... 针对频谱监测系统中被监测信号无法控制并且没有任何先验知识,只能通过对信号被动监测,即接收与处理信号来估计信号源位置的要求,该文提出一种基于接收信号强度指示差值(RSSID)的定位算法,并利用卡尔曼滤波提高其定位精度。该文将两监测站之间的RSSID转换成信号源到两监测站的距离之比,根据距离之比构造定位方程矩阵,进而利用最小二乘法求取信号源位置。仿真结果表明:所提算法比经典RSSI定位算法性能更优,降低了环境因素对定位精度的影响,并且能更好地满足参数较少的定位服务需求,可以有效地应用于频谱监测系统中。同时,卡尔曼滤波可以有效改善系统的定位精度,达到预期的定位效果。 展开更多
关键词 定位算法 接收信号强度指示 卡尔曼滤波
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转换测量卡尔曼滤波算法在导弹起爆控制技术中的应用研究 被引量:8
14
作者 刘剑锋 庄志洪 刘中 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第9期1388-1392,共5页
利用导引头测量信息构建最佳起爆控制算法以实现最佳起爆是导弹战斗部起爆控制技术的一个重要方向。最佳起爆算法包括剩余飞行时间、脱靶量及脱靶方位的估计。为提高估计精度和满足实际应用要求,对导引头测量信息进行滤波至关重要。该... 利用导引头测量信息构建最佳起爆控制算法以实现最佳起爆是导弹战斗部起爆控制技术的一个重要方向。最佳起爆算法包括剩余飞行时间、脱靶量及脱靶方位的估计。为提高估计精度和满足实际应用要求,对导引头测量信息进行滤波至关重要。该文研究了转换测量卡尔曼滤波算法在起爆控制参数估计中的应用,该算法将球坐标系中导弹导引头的测量信息转换到直角坐标系下进行滤波,同时消除了由于坐标转换而引起的偏差。仿真结果表明,该算法的应用有效地提高了起爆控制参数的估计精度。 展开更多
关键词 引信 起爆控制算法 转换测量卡尔曼滤波算法
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三维纯角度被动跟踪定位的最小二乘-卡尔曼滤波算法 被引量:26
15
作者 邱玲 沈振康 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期83-86,共4页
利用角度信息估计出目标的距离和速度实质上是一个非线性状态估计问题 ,经典的扩展卡尔曼滤波算法性能很不稳定。文中首先根据静态估计理论推导出了在某一时刻目标位置的最小二乘解 ,然后将其作为卡尔曼滤波的测量值进行滤波 ,作进一步... 利用角度信息估计出目标的距离和速度实质上是一个非线性状态估计问题 ,经典的扩展卡尔曼滤波算法性能很不稳定。文中首先根据静态估计理论推导出了在某一时刻目标位置的最小二乘解 ,然后将其作为卡尔曼滤波的测量值进行滤波 ,作进一步的数据处理 ,以提高估计精度。为了避免测量误差的相关性 ,分别在x ,y ,z方向上进行滤波 ,简化了算法 ,提高系统的定位精度。仿真结果表明这一算法是简单而有效的。 展开更多
关键词 纯角度测量 最小二乘 卡尔曼滤波 目标被动跟踪定位 算法
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基于联邦卡尔曼滤波的组合导航定位算法 被引量:6
16
作者 何伟 廉保旺 冯晓明 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2012年第8期147-150,共4页
在传统的GPS/INS紧耦合组合导航系统中,由于伪距和多普勒频移误差的存在,系统存在一定的误差偏移。针对这种误差偏移,设计了一种联邦卡尔曼滤波组合导航算法,该算法采用二级卡尔曼滤波器,将卫星接收模块解算出的伪距信息和多普勒频移信... 在传统的GPS/INS紧耦合组合导航系统中,由于伪距和多普勒频移误差的存在,系统存在一定的误差偏移。针对这种误差偏移,设计了一种联邦卡尔曼滤波组合导航算法,该算法采用二级卡尔曼滤波器,将卫星接收模块解算出的伪距信息和多普勒频移信息在第一级卡尔曼滤波后,与INS模块结算出的信息进行修正处理,再通过主滤波器得到紧耦合算法的INS解算结果校正量和定位位置最优估计。通过计算机仿真结果分析表明,该方法相对于传统的紧耦合组合导航算法可以有效减小误差,具有一定的理论价值和实用价值。 展开更多
关键词 联邦卡尔曼滤波 紧耦合 定位算法
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卡尔曼滤波算法的几何解释 被引量:9
17
作者 范洪达 李相民 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2002年第4期48-50,共3页
对低维卡尔曼滤波算法作了几何解释 ,这种解释对卡尔曼滤波有一种直观的理解 ,使人们对卡尔曼滤波有更本质的认识。
关键词 卡尔曼滤波 算法 几何解释
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舰炮弹道估计的卡尔曼滤波算法 被引量:5
18
作者 戴耀 汪德虎 王建明 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2003年第2期29-31,共3页
针对舰炮弹道观测校正中的弹道最佳估计问题,提出了转换卡尔曼滤波算法,在三维空间里对观测弹丸飞行轨迹进行滤波,估计最佳弹道。给出了具体的算法并用某型海军舰炮进行了仿真,取得了较好效果。
关键词 舰炮 弹道估计 卡尔曼滤波算法 坐标系 CA模型 滤波初值
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一种自相似业务量预测的卡尔曼滤波算法 被引量:3
19
作者 郭庆 那振宇 顾学迈 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期57-61,共5页
针对网络拥塞控制中不能准确预测自相似业务量的问题,提出了一种噪声在线估计卡尔曼滤波(NOEKF)算法.NOEKF算法不依赖于业务源反馈信息,通过观测节点处当前和过去时刻的业务量来预测下一时刻的业务量,并建立了业务量的卡尔曼滤波状态方... 针对网络拥塞控制中不能准确预测自相似业务量的问题,提出了一种噪声在线估计卡尔曼滤波(NOEKF)算法.NOEKF算法不依赖于业务源反馈信息,通过观测节点处当前和过去时刻的业务量来预测下一时刻的业务量,并建立了业务量的卡尔曼滤波状态方程和观测方程,给出了递推形式的状态向量最佳估计形式.考虑到未知状态方程和观测方程噪声的统计特性,采用在线估值法,并引入遗忘因子对噪声的统计特性进行估计.NOEKF算法预测准确、偏差小.仿真结果表明,与经典卡尔曼滤波算法和时间序列预测方法比较,NOEKF算法能够更精确地预测自相似业务量,预测误差可降低60%以上. 展开更多
关键词 卡尔曼滤波 自相似业务 预测算法
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低成本MINS/GPS组合导航中卡尔曼滤波算法的综合应用研究 被引量:7
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作者 黄丽斌 周百令 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 2005年第5期16-19,共4页
在基于DSP的低成本MINS/GPS组合导航系统中,针对DSP的实型变量位数不足的缺点,在卡尔曼滤波器的设计中同时运用了状态与偏差解耦算法和平方根算法,并推导出状态与偏差解耦-平方根算法的具体公式,既能减少计算量,又能增强滤波的数值稳定性。
关键词 组合导航 卡尔曼滤波 状态与偏差解耦 平方根算法 DSP
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