高阶容积卡尔曼滤波及其在目标跟踪中的应用 被引量：17

1

作者 张龙 崔乃刚 +2 位作者 杨峰 路菲 卢宝刚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期573-578,共6页

针对传统的容积卡尔曼滤波(CKF)估计精度有限的问题,提出了一种基于任意阶容积规则的高阶容积卡尔曼滤波(HCKF)方法并应用于机动目标跟踪问题。传统的CKF采用三阶球面-相径容积规则,可获得优于其他非线性滤波如不敏卡尔曼滤波(UKF)的估... 针对传统的容积卡尔曼滤波(CKF)估计精度有限的问题,提出了一种基于任意阶容积规则的高阶容积卡尔曼滤波(HCKF)方法并应用于机动目标跟踪问题。传统的CKF采用三阶球面-相径容积规则,可获得优于其他非线性滤波如不敏卡尔曼滤波(UKF)的估计精度和数值稳定性。为了进一步提高CKF的估计精度,在基于点的高斯近似滤波框架下,分别使用Genz积分方法和矩匹配法推导出任意阶的球面规则和相径规则,以此构造高阶球面-相径容积规则来计算高斯型积分,并建立高阶容积卡尔曼滤波算法。将提出的HCKF算法应用于机动目标跟踪问题中并进行数值仿真。仿真结果表明,相对于传统容积卡尔曼滤波,高阶容积卡尔曼滤波对目标位置和速度估计的精度分别提高了11%和24%,可获得更高的估计精度。 展开更多

关键词 高阶容积卡尔曼滤波 目标跟踪 非线性系统 贝叶斯估计 球面相径规则 容积规则

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5阶CKF在捷联惯导非线性对准中的应用研究 被引量：8

2

作者 黄湘远 汤霞清 武萌 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第3期633-638,共6页

为了提高动基座下车载捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的初始对准精度和缩短对准时间,在不进行粗对准的前提下,利用5阶容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)完成非线性对准。针对3阶CKF滤波精度不高、... 为了提高动基座下车载捷联惯导系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的初始对准精度和缩短对准时间,在不进行粗对准的前提下,利用5阶容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)完成非线性对准。针对3阶CKF滤波精度不高、5阶高斯厄密特滤波器计算量过大的问题,基于多项式逼近的思想详细推导了5阶球面径向容积规则,继而提出了5阶CKF并分析了该算法的滤波精度、采样量和数值稳定性,利用奇异值分解代替Cholesky分解来增强滤波稳定性。实验结果表明,该方法能够有效完成大失准角下的非线性对准,精度高于3阶CKF。 展开更多

关键词 容积卡尔曼滤波 球面径向容积规则 初始对准 动基座

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基于贝叶斯估计噪声相关下的CKF设计 被引量：7

3

作者 钱华明 葛磊 +1 位作者 黄蔚 刘璇 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第11期2214-2218,共5页

针对常规容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)要求系统噪声和量测噪声必须互不相关的局限性,提出了一种带相关噪声的非线性离散系统CKF设计方法。基于贝叶斯估计准则,给出了系统噪声和量测噪声相关时CKF滤波递推公式,并采用三... 针对常规容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)要求系统噪声和量测噪声必须互不相关的局限性,提出了一种带相关噪声的非线性离散系统CKF设计方法。基于贝叶斯估计准则,给出了系统噪声和量测噪声相关时CKF滤波递推公式,并采用三阶球面-相径容积规则来近似计算系统状态的后验均值和协方差。当系统噪声和量测噪声相关时,常规CKF不适用,本文设计的噪声相关下的CKF可以有效地对状态进行估计,拓展了CKF的应用范围。数值仿真验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 非线性高斯系统 噪声相关的容积卡尔曼滤波 贝叶斯估计 三阶球面-相径容积规则

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降维CKF算法及其在SINS初始对准中的应用 被引量：9

4

作者 钱华明 葛磊 +1 位作者 黄蔚 彭宇 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1492-1497,共6页

针对常规容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)算法在捷联惯导系统(strapdown inertialnavigation system,SINS)大方位失准角初始对准中采样点个数与状态向量维数成正比、计算量较大的问题,提出了降维CKF算法。与常规CKF算法相比... 针对常规容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)算法在捷联惯导系统(strapdown inertialnavigation system,SINS)大方位失准角初始对准中采样点个数与状态向量维数成正比、计算量较大的问题,提出了降维CKF算法。与常规CKF算法相比,该算法只对离散化后的SINS非线性误差模型中的大方位失准角进行采样,再利用三阶球面-相径容积规则计算后验均值和协方差,从而将采样向量从10维降低到1维,采样点数量从20个下降到2个,减小了计算量。仿真实验结果表明,该算法与常规CKF算法具有相同的对准精度,计算时间仅为常规CKF算法的1/3,是一种较为实用的方法。 展开更多

关键词 捷联惯导系统 初始对准 常规容积卡尔曼滤波算法 降维容积卡尔曼滤波算法 三阶球面-相径容积规则

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四元数约束的容积卡尔曼滤波及其应用 被引量：2

5

作者 钱华明 黄蔚 孙龙 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期40-46,共7页

针对一些非线性系统状态变量中存在四元数约束的情况,提出了一种四元数约束下的容积卡尔曼滤波(quaternion constrained cubature kalman filter,QCCKF)算法.基于最小约束代价函数,采用三阶球面-相径容积规则近似计算系统状态的后验均... 针对一些非线性系统状态变量中存在四元数约束的情况,提出了一种四元数约束下的容积卡尔曼滤波(quaternion constrained cubature kalman filter,QCCKF)算法.基于最小约束代价函数,采用三阶球面-相径容积规则近似计算系统状态的后验均值和协方差,给出了QCCKF滤波递推公式.设计的QCCKF算法可以有效地对状态进行估计,扩展了CKF的应用范围.最后对飞行器姿态估计系统进行仿真,仿真结果表明,该算法估计精度优于常规CKF和无迹四元数估计法(unscented quaternion estimator,USQUE),并满足四元数约束条件,较好地解决了非线性系统存在四元数约束的问题,验证了算法的有效性. 展开更多

关键词 容积卡尔曼滤波 四元数约束 最小约束代价函数 三阶球面-相径容积规则

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球面单形-径向容积粒子滤波的单站无源定位算法 被引量：1

6

作者 张智 姜秋喜 潘继飞 《探测与控制学报》 CSCD 北大核心 2014年第4期87-91,96,共6页

针对单站无源定位可观测性弱、观测噪声大而导致的定位精度低、收敛速度慢等问题,提出了球面单形-径向容积粒子滤波(Cubature Particle Filter,CPF)的单站无源定位算法。该算法基于容积卡尔曼滤波产生重要性密度函数,充分利用最新的观... 针对单站无源定位可观测性弱、观测噪声大而导致的定位精度低、收敛速度慢等问题,提出了球面单形-径向容积粒子滤波(Cubature Particle Filter,CPF)的单站无源定位算法。该算法基于容积卡尔曼滤波产生重要性密度函数,充分利用最新的观测信息,将粒子导向高似然区域。同时,其预测分布得到修正后的权值,有效缓解了粒子退化问题,提高了对系统状态后验概率的逼近程度。仿真结果表明,新算法虽然较标准的CPF增加了一定的计算量,但计算时间仍仅约为求积分粒子滤波(Quadrature Particle Filter,QPF)的10%,且定位精度与QPF相当,优于标准的CPF。 展开更多

关键词 单站无源定位 容积粒子滤波 球面单形-径向规则 重要性密度函数 权值修正

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平方根容积卡尔曼滤波器 被引量：28

7

作者 郝燕玲 杨峻巍 +1 位作者 陈亮 郝金会 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2012年第2期169-172,共4页

针对容积卡尔曼滤波器在递推过程中,计算量大、数值不稳定等问题,提出了平方根容积卡尔曼滤波器。该滤波器不仅增强了数值鲁棒性,确保了状态协方差矩阵的正定性,且在一定程度上提高了滤波精度。仿真结果表明,该滤波器的滤波精度与容积... 针对容积卡尔曼滤波器在递推过程中,计算量大、数值不稳定等问题,提出了平方根容积卡尔曼滤波器。该滤波器不仅增强了数值鲁棒性,确保了状态协方差矩阵的正定性,且在一定程度上提高了滤波精度。仿真结果表明,该滤波器的滤波精度与容积卡尔曼滤波相比提高了约10%,且均高于扩展卡尔曼滤波;随着状态维数的增加,该滤波器的估计性能越加优于扩展卡尔曼滤波器。因此对系统维数较高的场合,该滤波器是一种非常有效的非线性滤波算法。 展开更多

关键词 容积卡尔曼滤波 平方根滤波 贝叶斯估计 数值稳定性 球面径向容积规则

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强噪声下的矢量跟踪信号故障检测算法 被引量：1

8

作者 王会宾 程咏梅 田朝旭 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期323-329,共7页

在卫星导航系统的矢量跟踪结构中,由于鉴别器的非线性,异常的电离层、对流层延迟或多路径等其他干扰造成的信号故障通过鉴别器输出会产生失真,使得在强噪声环境下较大偏差的故障难以被检出,导致矢量跟踪结构的导航定位结果不准确。针对... 在卫星导航系统的矢量跟踪结构中,由于鉴别器的非线性,异常的电离层、对流层延迟或多路径等其他干扰造成的信号故障通过鉴别器输出会产生失真,使得在强噪声环境下较大偏差的故障难以被检出,导致矢量跟踪结构的导航定位结果不准确。针对该问题,提出了一种强噪声环境下的矢量跟踪信号故障检测算法。该算法对鉴别器输出失真的原因及影响进行了分析;为降低其影响设计了一种专用于信号故障检测的码鉴别器,它对跟踪通道中的码相位偏差具有更大的正相关响应范围,因而可以使故障检测算法对强噪声环境下的大偏差突变故障和缓变故障具有检测能力;采用三阶球面-径向容积准则对测试统计量及其方差进行估计。不同噪声环境下的突变和缓变故障检测仿真实验表明,提出的算法能保持对0.5码片以上偏差突变故障的可靠检测。同时对强噪声环境比如25~30 dBHz环境下的缓变故障也具有一定的检测能力。 展开更多

关键词 矢量跟踪 故障检测 卡尔曼滤波 码鉴别器 球面-径向容积准则

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基于自适应容积信息滤波的无人机相对导航方法 被引量：14

9

作者 苏炳志 何权荣 +2 位作者 曹晞 裴文龙 张少华 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第4期492-500,共9页

针对无人机编队相对导航系统中由于机体/机翼遮挡导致可见信标点个数随时间变化和视觉导航传感器量测噪声统计特性不确定问题,提出了基于逆威舍特分布的变分贝叶斯自适应容积信息滤波(VBACIF)算法。该算法在信息滤波框架下,采用逆威舍... 针对无人机编队相对导航系统中由于机体/机翼遮挡导致可见信标点个数随时间变化和视觉导航传感器量测噪声统计特性不确定问题,提出了基于逆威舍特分布的变分贝叶斯自适应容积信息滤波(VBACIF)算法。该算法在信息滤波框架下,采用逆威舍特分布表示量测噪声协方差,将三阶球面径向容积准则和变分贝叶斯理论相结合,在线识别跟踪量测噪声统计特性变化并自适应调节相对导航滤波器的量测噪声协方差矩阵,将每个可见信标点视为一个独立的信息源,融合各信标点的相对视线量测信息从而准确地估计出无人机之间的相对位置、速度和姿态。仿真结果表明,视觉量测噪声协方差未知且时变和可见信标个数变化的情况下,采用VBACIF相对位置、速度和姿态精度较容积信息滤波算法分别提高了24.85%、9.41%和45.52%。 展开更多

关键词 无人机编队 相对导航 球面-径向容积准则 变分贝叶斯理论 自适应容积信息滤波

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两阶段高维容积信息滤波及其在目标跟踪中的应用

10

作者 张露 饶文碧 +1 位作者 王海伦 许大星 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期440-447,共8页

非线性系统估计的过程是一个多传感器信息融合的过程,在集中处理量测数据的过程中,Kalman滤波具有很高的计算复杂度.尤其当系统模型中存在随机偏差时,扩维后计算量大幅增大,容易造成系统溢出和运行失败的问题.通过将两阶段容积Kalman滤... 非线性系统估计的过程是一个多传感器信息融合的过程,在集中处理量测数据的过程中,Kalman滤波具有很高的计算复杂度.尤其当系统模型中存在随机偏差时,扩维后计算量大幅增大,容易造成系统溢出和运行失败的问题.通过将两阶段容积Kalman滤波嵌入到扩展信息滤波框架的方式,提出了一种两阶段高维容积信息滤波算法.该算法初始化容易,计算量较小,直接利用协方差矩阵的逆与信息矩阵之间的等价关系参与滤波递推的过程,减少了对滤波增益阵的计算.在协方差矩阵的解算过程中,两阶段算法的协方差矩阵之间存在有耦合关系,因此在信息滤波中,两阶段信息矩阵之间也存在着某种耦合关系,算法中通过将非线性T变换和矩阵求逆应用于信息矩阵,得到了两阶段信息矩阵与协方差矩阵之间的耦合关系.通过纯方位跟踪系统的仿真实验,验证了两阶段高维容积信息滤波算法在精度上高于容积Kalman滤波算法,在运行时间上也短于容积Kalman滤波算法,证明了该算法的可用性. 展开更多

关键词 扩展信息滤波框架 容积信息滤波 五维spherical-radial容积规则 两阶段高维容积信息滤波

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带厚尾噪声的鲁棒Student’s t容积滤波器 被引量：1

11

作者 程然 缪礼锋 王婷婷 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1174-1181,共8页

为了解决带厚尾过程和量测噪声的非线性状态估计问题,本文提出了一种新的鲁棒非线性滤波器.首先,对带厚尾过程和量测噪声的非线性系统进行了数学建模,并推导了基于Student’s t近似的鲁棒非线性滤波器(RSTNF)的一般结构.其次,针对RSTNF... 为了解决带厚尾过程和量测噪声的非线性状态估计问题,本文提出了一种新的鲁棒非线性滤波器.首先,对带厚尾过程和量测噪声的非线性系统进行了数学建模,并推导了基于Student’s t近似的鲁棒非线性滤波器(RSTNF)的一般结构.其次,针对RSTNF中涉及到的含有关于Student’s t分布的多维非线性函数积分的求解问题,提出了基于Student’s t分布的球径容积准则(STSRCR),并在此基础上设计了一种新的鲁棒Student’s t容积滤波器(RSTCF).最后,利用目标跟踪仿真验证了本文提出的带厚尾噪声的RSTCF的有效性以及与现有方法相比的优越性. 展开更多

关键词 非线性状态估计 厚尾噪声 Student’s t分布 三次幂球径容积准则 鲁棒Student’s t容积滤波器

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