基于UKF滤波加权C-T融合算法的无人驾驶单轨吊双标签UWB定位

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作者 吕玉寒 张牧野 +3 位作者 鲍久圣 杨阳 杨健健 王茂森 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期221-235,共15页

单轨吊机车是煤矿井下重要的辅助运输设备之一,目前正在朝着智能化和无人化的方向发展。为了提高无人驾驶单轨吊定位精度,开展了基于无迹卡尔曼滤波(UKF)加权C-T融合算法的双标签超宽带(UWB)定位方法研究。首先,根据单轨吊车身的结构特... 单轨吊机车是煤矿井下重要的辅助运输设备之一,目前正在朝着智能化和无人化的方向发展。为了提高无人驾驶单轨吊定位精度,开展了基于无迹卡尔曼滤波(UKF)加权C-T融合算法的双标签超宽带(UWB)定位方法研究。首先,根据单轨吊车身的结构特征,设计了包含双标签定位信息采集层、定位数据传递层和定位坐标解析层的双标签UWB定位系统;其次,将UWB中Chan算法的定位结果作为Taylor算法的初始值,保障了Taylor算法的收敛性和计算效率;再次,通过预设的单轨吊车身长度与双标签定位数据得到定位补偿error,将error代入Taylor算法以进一步提高定位精度,仿真结果表明优化后算法的定位精度提高了44%;然后,使用UKF对加权C-T融合算法进行滤波优化,提高了定位系统在非视距(NLOS)环境中的定位精度,仿真结果表明UKF滤波优化后的定位精度在直行路段提高了7.8%以上,在弯道路段中提高了10.6%以上,且随着NLOS误差的增大,定位效果明显提升;最后,在石煤机试验场进行单轨吊实车试验,结果表明:基于UKF滤波的双标签加权C-T融合定位算法使单轨吊静态定位精度小于20cm,动态定位精度小于30cm,整体定位精度达到分米级,稳定性和可靠性也得到提高,可满足单轨吊井下无人驾驶定位需求。研究分米级精度的单轨吊定位系统是矿井单轨吊实现智能化、无人化高效运输的重要保障。 展开更多

关键词 单轨吊 超宽带(UWB) 加权C-T融合算法 双标签 无迹卡尔曼滤波(ukf)

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基于无迹Kalman滤波算法的动力电池荷电状态估计 被引量：4

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作者 王超 陈德海 +2 位作者 王昱朝 朱正坤 邹争明 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2020年第3期379-387,共9页

提出了一种动力电池容量标定方法,结合无迹Kalman滤波(UKF)算法,对动力电池的荷电状态(SOC)进行在线估计。根据温度系数和电流概率来标定电池的实际容量,建立二阶阻容(RC)等效模型模拟电池动态响应特性,调用含遗忘因子的递推最小二乘法... 提出了一种动力电池容量标定方法,结合无迹Kalman滤波(UKF)算法,对动力电池的荷电状态(SOC)进行在线估计。根据温度系数和电流概率来标定电池的实际容量,建立二阶阻容(RC)等效模型模拟电池动态响应特性,调用含遗忘因子的递推最小二乘法的无迹Kalman滤波(RLS-UKF)算法对电池的SOC进行在线估计,在估计过程中考虑电流突变导致开路电压与SOC曲线变化的影响。通过MATLAB搭建仿真模型,用动态应力测试(DST)工况和恒流工况来验证算法的精度。结果表明:RLS-UKF算法在DST循环工况的平均误差为1.2%,在恒流放电工况的平均误差为1.41%。因此,较目前主流的预测方法,本方法有更好的预测效果。 展开更多

关键词 动力电池 荷电状态(SOC) 无迹kalman滤波算法(ukf) 递推最小二乘法(RLS) 温度系数 电流概率 二阶RC等效模型

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基于无迹Kalman滤波算法的电池内部温度估计 被引量：2

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作者 陈德海 王昱朝 +1 位作者 孙仕儒 雷志军 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期186-193,共8页

为实时监测车用锂离子动力电池内部温度,提高电池性能,提出了一种非线性无迹Kalman滤波(UKF)估计算法。对某一2.6 Ah三元单体锂离子电池,建立等效可变参数热模型;用状态方程分析法,建立电池内部外部温度的关联并离散化;用递推最小二乘法... 为实时监测车用锂离子动力电池内部温度,提高电池性能,提出了一种非线性无迹Kalman滤波(UKF)估计算法。对某一2.6 Ah三元单体锂离子电池,建立等效可变参数热模型;用状态方程分析法,建立电池内部外部温度的关联并离散化;用递推最小二乘法(RLS)辨识热模型中时间、表面温度、环境温度、输入电流4种热参数,实时更新系统状态与观测方程的参数矩阵,结合UKF算法,实现电池内部温度估计。通过Matlab搭建仿真模型,用混合动力脉冲能力特性(HPPC)、动态应力测试(DST)以及恒流3种工况,来验证算法精度。结果表明:对于这3种工况,该UKF算法均可在1℃内估计电池内部温度。 展开更多

关键词 电动汽车 动力电池 电池内部温度 实时监测 递推最小二乘法(RLS) 无迹kalman滤波(ukf)算法

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基于GPS/INS的自适应无迹Kalman滤波算法 被引量：3

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作者 曹红燕 刘长明 +3 位作者 沈小林 牛兴龙 李大威 陈燕 《河南理工大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第6期149-156,共8页

载体的姿态参数是导航系统重要的影响因素,为提高姿态角测量精度,以INS和GPS紧组合导航系统为研究背景,针对无迹Kalman滤波算法对误差模型较敏感、新息噪声干扰数据需预处理、算法实效性低等缺点,提出改进的自适应无迹Kalman滤波算法。... 载体的姿态参数是导航系统重要的影响因素,为提高姿态角测量精度,以INS和GPS紧组合导航系统为研究背景,针对无迹Kalman滤波算法对误差模型较敏感、新息噪声干扰数据需预处理、算法实效性低等缺点,提出改进的自适应无迹Kalman滤波算法。首先,用自适应窗口在线估计系统噪声和量测噪声的协方差值,得到与实际噪声更贴近的统计特性,减小数据预处理的干扰;其次,对状态预测方差阵引入次优渐消因子减少计算量,同时为了减少模型的精度损耗,对滤波过程引入统计量,确定模型不确定性检测阈值;最后,用扩展Kalman滤波、无迹Kalman滤波和改进后的新滤波算法对无人机航向轨迹进行数据处理。结果分析可得,改进的滤波融合算法能将姿态的测量精度提高到0.1°,具有更强的收敛性,能较好地抑制漂移误差。 展开更多

关键词 GPS INS kalman滤波算法 扩展kalman滤波算法 无迹kalman滤波算法 姿态角

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基于无迹Kalman滤波的车辆速度和质心侧偏角的估计 被引量：2

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作者 刘兆勇 刘武东 +2 位作者 邵卫澍 谭小强 吴光强 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期31-37,共7页

为满足车辆主动安全控制功能需求,需提升车辆在强非线性特性下的状态观测精度,提出一种基于无迹Kalman滤波(UKF)的模块化车辆横纵向速度状态观测器结构。该结构利用车载传感器信息,结合UKF观测纵向和横向速度,根据质心侧偏角的定义,计... 为满足车辆主动安全控制功能需求,需提升车辆在强非线性特性下的状态观测精度,提出一种基于无迹Kalman滤波(UKF)的模块化车辆横纵向速度状态观测器结构。该结构利用车载传感器信息,结合UKF观测纵向和横向速度,根据质心侧偏角的定义,计算车辆质心侧偏角。在干燥路面上,进行数字仿真以及实车实验。结果表明:在强非线性状态下,基于UKF的车辆质心侧偏角估计的仿真结果的均方根误差(RMSE)为0.425°,实车实验的RMSE为0.001°,而使用扩展Kalman滤波(EKF)估计的仿真结果 RMSE为0.968°,实车实验的RMSE为0.009°。因此,UKF可以抑制车辆行驶中的干扰对观测的影响,使本观测器结构有较高的观测精度,可满足工程需要。 展开更多

关键词 车辆主动安全控制 车辆速度 模块化状态观测器 质心侧偏角 无迹kalman滤波(ukf)

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硅微陀螺信号的自适应UKF滤波处理 被引量：3

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作者 吉训生 王寿荣 《高技术通讯》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期623-627,共5页

针对硅微陀螺零偏重复性差和漂移信号中非线性因素的存在,提出利用AR模型系数实时递推方法对漂移信号进行AR建模,并建立相应的状态方程和量测方程;基于方差膨胀原则的自适应无迹Kalman滤波(AUKF)方法对漂移信号进行处理,采用简化的AUKF... 针对硅微陀螺零偏重复性差和漂移信号中非线性因素的存在,提出利用AR模型系数实时递推方法对漂移信号进行AR建模,并建立相应的状态方程和量测方程;基于方差膨胀原则的自适应无迹Kalman滤波(AUKF)方法对漂移信号进行处理,采用简化的AUKF滤波过程提高漂移信号滤波的实时性。静态信号和动态测试处理结果表明,简化的AUKF算法效果明显优于UKF滤波和Kalman滤波(KF),滤波后硅微陀螺零偏稳定性提高倍数分别是UKF和KF的3倍和2倍,动态信号滤波后误差减少倍数分别是UKF和KF的1.46和1.34,信号均值不变,但AUKF需要较多的信号处理时间。 展开更多

关键词 硅微陀螺 无迹kalman滤波(ukf) 自适应估计 非线性滤波 AR模型

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基于UKF的自适应网格交互式多模型算法 被引量：1

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作者 张园 董受全 +2 位作者 刘淑波 初俊博 高松 《指挥控制与仿真》 2014年第4期47-50,55,共5页

针对非线性观测条件下的机动目标跟踪问题,基于机动目标的协同转弯(CT)模型,采用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法和自适应网格(AG)的模型集自适应策略,研究了一种变结构交互式多模型算法,即基于UKF的自适应网格交互式多模型(UKF-AGIMM)算法。... 针对非线性观测条件下的机动目标跟踪问题,基于机动目标的协同转弯(CT)模型,采用无迹卡尔曼滤波(UKF)方法和自适应网格(AG)的模型集自适应策略,研究了一种变结构交互式多模型算法,即基于UKF的自适应网格交互式多模型(UKF-AGIMM)算法。对二维机动目标跟踪的仿真结果表明,本算法与相应的固定结构交互式多模型算法相比,可以解决固定结构多模型算法存在的问题,有效提高多模型算法的精度和费效比,缩短计算时间,且适合工程应用。 展开更多

关键词 无迹卡尔曼滤波 自适应网格 交互式多模型 机动目标跟踪 变结构多模型 unscented kalman filter(ukf) adaptive grid(AG) interacting MULTIPLE model(IMM) variable structure MULTIPLE model(VSMM)

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两飞行体相对定位技术及其滤波算法研究

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作者 霍长庚 高宪军 谈欣荣 《吉林大学学报（信息科学版）》 CAS 2012年第4期387-396,共10页

为了解决两飞行体相互之间的定位问题,在二维平面运动模型的基础上提出了相位差变化率定位方法,进行了可观测分析,给出了可观测分析结果。同时简单介绍了几种典型非线性滤波算法,并将EKF(ExtendedKalman Filter)、UKF(Unscented Kalman ... 为了解决两飞行体相互之间的定位问题,在二维平面运动模型的基础上提出了相位差变化率定位方法,进行了可观测分析,给出了可观测分析结果。同时简单介绍了几种典型非线性滤波算法,并将EKF(ExtendedKalman Filter)、UKF(Unscented Kalman Filter)、PF(Particle Filter)等非线性滤波方法应用到定位模型中。仿真结果表明,UKF方法用时最短,PF滤波方法精度最高。 展开更多

关键词 相对定位 相位差变化率 可观测性 扩展kalman滤波算法 无迹kalman滤波算法 粒子滤波算法

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多传感器非线性系统的鲁棒SCI-UKF滤波器 被引量：7

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作者 周晗 孙小君 《黑龙江大学工程学报》 2020年第3期63-70,共8页

非线性系统在生活中普遍存在,而同时在对系统进行状态估计时,噪声的统计特性也很难实时确定。针对带不确定噪声方差的多传感器非线性系统,提出了一种基于局部无迹Kalman滤波(UKF)的序贯协方差交叉(SCI)融合鲁棒Kalman滤波器。将有效地... 非线性系统在生活中普遍存在,而同时在对系统进行状态估计时,噪声的统计特性也很难实时确定。针对带不确定噪声方差的多传感器非线性系统,提出了一种基于局部无迹Kalman滤波(UKF)的序贯协方差交叉(SCI)融合鲁棒Kalman滤波器。将有效地解决噪声方差未知条件下的多传感器非线性系统的状态估计问题,融合算法的引入极大地提高了其估计精度。一个关于跟踪系统的Monte-Carlo仿真实例也证明了所提出的算法的有效性。 展开更多

关键词 信息融合 SCI融合鲁棒kalman滤波器 非线性系统 不确定噪声方差 无迹kalman滤波(ukf)

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抑制UKF发散的改进算法在卫星轨道确定中的应用 被引量：2

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作者 郭雪姣 周海银 潘晓刚 《上海航天》 2012年第6期26-31,67,共7页

为避免实际应用中一般无迹Kalman滤波(UKF)算法的不稳定性,基于对传统线性Kalman框架的UKF算法造成滤波发散现象的阐述,讨论了无迹转换(UT)的基本原理和UKF算法,并给出了造成滤波发散的原因,提出了两种抑制滤波发散的改进UKF算法。仿真... 为避免实际应用中一般无迹Kalman滤波(UKF)算法的不稳定性,基于对传统线性Kalman框架的UKF算法造成滤波发散现象的阐述,讨论了无迹转换(UT)的基本原理和UKF算法,并给出了造成滤波发散的原因,提出了两种抑制滤波发散的改进UKF算法。仿真分析了某星载GPS低轨卫星轨道发散的主因,结果表明改进算法有效。 展开更多

关键词 卫星轨道确定 无迹转换 无迹kalman滤波 滤波发散 抑制 改进ukf

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基于改进的联邦UKF无人艇组合导航系统设计

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作者 翁昱 曾庆军 +2 位作者 李维 李昂 戴晓强 《船舶与海洋工程》 2024年第2期15-19,26,共6页

针对无人艇在高海况下长航时,大幅度作业滤波精度较低的问题,提出一种基于联邦结构的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filtering,UKF)算法,将其应用于自主研制的无人艇组合导航系统中。建立系统误差方程和量测方程;引入渐消因子、基于... 针对无人艇在高海况下长航时,大幅度作业滤波精度较低的问题,提出一种基于联邦结构的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filtering,UKF)算法,将其应用于自主研制的无人艇组合导航系统中。建立系统误差方程和量测方程;引入渐消因子、基于量测值与预测量测值差值的可变因子和自适应最优信息分配因子对联邦UKF算法进行改进,保持信息的强跟踪特性和组合导航系统的信息融合精度,得到全局最优估计值。开展湖试试验,验证该组合导航系统的有效性,结果表明该系统实时性、稳定性好,抗干扰能力强,能有效提高导航精度。该方法不仅能为无人艇作业提供安全保障,而且可供其他组合导航系统设计参考。 展开更多

关键词 无人艇 联邦结构 改进的无迹卡尔曼滤波(ukf)算法 组合导航系统

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单站目标被动跟踪的滤波器方法研究 被引量：1

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作者 温晓君 《电子器件》 CAS 2007年第2期582-586,共5页

为了实现对单站目标的被动跟踪,分析并比较了扩展Kalman滤波器和粒子滤波器在非线性估计方面的性能,并且针对粒子滤波器存在的粒子退化现象,引入改进的重采样算法和基于无迹变换的滤波算法.仿真实验分别比较了几种滤波器在目标做匀速、... 为了实现对单站目标的被动跟踪,分析并比较了扩展Kalman滤波器和粒子滤波器在非线性估计方面的性能,并且针对粒子滤波器存在的粒子退化现象,引入改进的重采样算法和基于无迹变换的滤波算法.仿真实验分别比较了几种滤波器在目标做匀速、匀加速、变加速情况下距离和速度滤波的均方根误差,结果表明粒子滤波器滤波性能优于扩展的Kalman滤波器,改进的重采样算法和基于无迹变换的粒子滤波器可以有效改善估计精度. 展开更多

关键词 目标被动跟踪 扩展kalman滤波器 粒子滤波器 改进的重采样算法 无迹变换

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