一种新的去偏转换测量Kalman滤波算法研究

采用引入虚拟项方法推导出转换测量误差均值和协方差的解析表达式,利用全部测量数据,给出了转换测量误差均值及其协方差在均方意义下的最佳估计,提出了一种新的去偏转换测量Kalman滤波算法.将该算法用于研究滤波精度要求较高的遭遇段导弹跟踪问题,并进行了Monte Carlo仿真.结果表明:该算法位置和速度估计的均方根误差小,滤波精度高,滤波器的实际估计误差和估计协方差匹配性好,算法置信度高,即使测量噪声较大时仍然保持良好的滤波性能.     

视线坐标系下的解耦无偏转换测量Kalman滤波算法

由于无偏转换测量Kalman滤波算法(unbiased converted measurement Kalman filter,UCKMF)的转换测量噪声协方差矩阵是非对角矩阵,所以无法直接给出该算法的解耦算法。针对此问题通过从参考坐标系(reference coordinate system,RCS)到视线坐标系(line-of-sight coordinate system,LCS)的坐标变换,在视线坐标系下得到了对角形式的转换测量噪声协方差矩阵,实现了转换测量噪声在三个坐标方向上的去相关化,并进一步在三维空间中推导了解耦的UCMKF滤波算法。在算法中,采用递推公式对参考坐标系与视线坐标系的坐标变换矩阵进行估计,并通过一个补偿矩阵提高了估值精度。仿真结果表明,对于匀速运动的目标,解耦UCMKF算法与耦合UCMKF算法的跟踪性能非常接近,但计算量大大降低,因此比较适合在多目标跟踪中应用。     

多水听器分布式扩展Kalman滤波融合算法

数据融合是信号处理领域非常引人注目的问题。在极坐标系下改进了直角坐标系下的扩展Kalman滤波算法,利用多传感器融合的基本理论,提出了用于水下目标的多水听器分布式扩展Kalman滤波融合算法。分别在目标不发生规避和目标发生规避两种情形下进行了仿真实验。结果表明,所提出的融合算法具有很好的跟踪性能,非常适合于工程的实际应用。     

高距离分辨雷达用相关滤波提高目标检测性能

当目标被大时间带宽积的信号照射后，其回波特性并不呈现出点目标特性。对于这种目标回波信号的检测可以利用相关滤波的方法。本文将叙述相关滤波法的原理和性能。由于采用此法可以提高目标信号／噪声比，因而也可使低ＲＣＳ（雷达反射截面积）目标检测性能得到提高。     

自适应卡尔曼滤波器渐消因子选取方法研究

分析了通过改变噪声和初始条件抑制Kalman滤波发散的方法,指出了造成Kalman滤波发散的原因和控制Kalman滤波发散的机理。推导了衰减记忆滤波方程并研究了衰减记忆滤波噪声阵和滤波初值的选取条件,分析了衰减记忆滤波条件下量测噪声阵遗忘因子权重变化的物理意义。给出了衰减记忆滤波不发散的自适应遗忘因子的新算法,仿真结果证明了所述方法的有效性。     

关于二维部分可观测随机过程非线性滤波的最优化

在完备概率空间中，着重讨论一类二维部分可观测随机过程非线性滤波的最优化问题，获得了该过程依概率意义的最佳非线性滤波方程以及在均方意义下的内插与外推最佳非线性估计式等若干良好结果。     

径向速度测量推广Kalman滤波的改进

研究了一种把径向速度测量引入推广Kalman滤波 (EKF)的新方法。在对测量方程进行分解和对测量噪声的统计特性进行分析的基础上提出了一种序贯处理结构的推广Kalman滤波算法 ,这种算法相当于对非线性的径向速度函数围绕状态矢量的滤波值而不是预测值线性化 ,因而可以大大减小线性化处理带来的误差。两个不同的MonteCarlo仿真结果说明该算法的估计性能优于传统的推广Kalman滤波。     

高度机动目标异步航迹融合算法

在现代空战中，由于作战的需要，飞机运动会出现高度机动的情况。讨论了高度机动模型（Jerkmodel）目标跟踪问题，根据机载传感器中不同类型传感器的特点，提出了在高度机动模型下基于坐标转换Kalman滤波的异步目标跟踪融合算法。仿真结果表明，该算法可以有效地改善跟踪高度机动目标的性能。     

基于车辆动力学和Kalman滤波的汽车状态软测量

针对汽车动力学控制过程中难以在线测得的横摆角速度等状态参数,根据参数软测量理论,采用Kalman滤波并结合汽车两自由度动力学模型,建立了汽车横摆角速度的线性最小均方误差估计算法。仿真计算与场地实验的结果验证了该算法的有效性,同时软测量技术的采用也为汽车控制系统的状态参数测量提供了一条可行、准确且低成本的研究思路。     

平方根二阶EKF及其在目标运动分析中的应用

针对无源目标运动分析的强非线性和低可观测性特点,提出一种改进的二阶扩展Kalman跟踪滤波算法。为了降低传统二阶扩展Kalman算法的计算量,首先研究了对状态矢量正交化处理,减少二阶展开项协方差矩阵计算量的方法;在此基础上,将平方根Kalman算法与二阶扩展Kalman滤波器相结合,提高了滤波器的数值稳定性能;最后,将该算法应用在一个目标运动分析实例中,通过计算机仿真和试验验证了该算法的有效性。     

引入测速信息的雷达导引头无偏转换跟踪方法

为了满足先进地空导弹对精确弹目交会信息的需求,基于自适应卡尔曼滤波算法,提出了一种引入测速信息的雷达导引头无偏转换跟踪方法。在当前统计模型的基础上,利用递推遗忘最小二乘法估计当前加速度,得到了状态方程。在雷达测量模型的基础上,分析了极坐标系下与笛卡尔坐标系下位置、速度信息的无偏转换关系,推导了无偏转换量测误差协方差矩阵真实值和利用量测信息估计真实值的表达式,得到了量测方程。通过滤波得到的状态和误差估计信息,改进了真实无偏转换量测协方差矩阵的估计算法。仿真结果验证了所提跟踪方法在滤波精度和跟踪速度上的良好性能。     

基于PHD滤波的相控阵雷达多目标跟踪算法

对于相控阵雷达方向余弦量测,采用扩展卡尔曼概率假设密度(extended Kalman probability hypothesis density, EK PHD)滤波进行多目标跟踪时,存在目标数估计偏高和目标状态估计准确度低的问题。针对上述问题,提出了一种新的多目标跟踪算法——无偏转换量测概率假设密度(unbiased converted measurements PHD, UBCM PHD)滤波算法。该算法采用方向余弦量测下的量测转换方法,保留了更多的量测信息;同时对转换后的量测偏差进行补偿,使量测转换误差的均值、方差准确近似原始量测高斯分布的一、二阶矩。仿真实验表明,所提算法可提高目标数和目标状态估计准确性。     

数据压缩卡尔曼滤波的多传感器精确配准方法

针对多传感器的系统偏差估计问题,提出了数据压缩卡尔曼滤波的精确配准方法。首先采用无偏转换测量模型,利用各传感器局部测量值来构造系统偏差的伪测量方程,然后引入数据压缩方法得到一个合成的测量值,并使用卡尔曼滤波得到偏差估计值。转换模型的无偏特性,保证了即使在测量噪声及系统偏差较大的情形下,估计结果仍然能有较好的一致性和稳定性。同时数据压缩方法可避免传统方法的多次迭代处理,只需一次滤波过程即可完成估计。仿真实验结果表明新方法的估计结果精度良好,同时可有效降低计算耗时。     

基于高程补偿的BLUE算法在塔康中的应用研究

基于塔康系统的斜距、方位和高程可对目标定位,但较大的量测误差影响定位精度。为提高估计精度,研究塔康中最佳线性无偏估计(best linear unbiased estimation, BLUE)滤波器的实现。建立地面站对目标的量测模型,并分析量测转换误差特性,推导出对应的BLUE滤波模型;针对目标从地面站上空过顶时出现无效量测的问题,通过对高程量测补偿的方法予以克服,解决传统算法在强非线性量测下误差较大的弊病。与经典方法的性能对比表明,改进算法有效地抑制了强非线性量测下的滤波发散,有很强的鲁棒性和实时性。     

基于量测转换与输入估计的机动目标跟踪算法

针对雷达系统中机动目标的跟踪问题,提出输入估计(input estimation,IE)与无偏量测转换（unbiased converted measurement,UCM）相融合的自适应算法。用无偏量测转换技术将观测量转换到直角坐标系,使得在极坐标系内应用IE成为可能;提出检测窗内加速度阶梯变化的假设并推导相关模型,使得单个输入估计器能够跟踪各种变化机动。仿真分析表明,算法与基于多滤波器并行工作的交互式多模型相比,跟踪精度相当,但运算量大大降低,因此适用于对性能和实时性要求较高的场合,有很好的应用前景。     

基于量测转换序贯滤波的GMPHD机动目标跟踪

针对多普勒雷达杂波环境下的多机动目标跟踪, 提出了一种基于去相关无偏量测转换序贯滤波的多模型高斯概率假设密度算法。针对量测的非线性, 将位置量测进行无偏量测转换, 将多普勒量测进行去偏量测转换, 并通过序贯滤波方式提高跟踪精度。针对多目标的机动性, 在高斯混合概率假设密度(Gaussian mixture probability hypothesis density, GMPHD)中引入多模型思想对模型相关的高斯分量进行预测、更新处理。仿真结果显示, 所提算法可以在杂波环境中实现有效的机动多目标跟踪, 与无迹卡尔曼多模型GMPHD相比不仅跟踪精度提升了38.15%, 而且大大改善了算法效率; 与无迹卡尔曼最适高斯近似GMPHD相比, 在效率上有小幅度的增加, 且跟踪精度提升了36.47%。     

包延迟测量中泊松采样低估效应的仿真研究

采样是网络测量的基础，泊松采样是一种无偏的采样方法的观点被人们普遍接受，也使其在主动测量领域得到了广泛应用。用户流包性能测量已成为主动测量领域的一个重要问题，然而泊松采样的无偏性仅针对网络状态，目前尚无研究工作研究其对于用户流的包性能的测量效果。利用真实的Internet流量数据进行了仿真试验。系统定量地研究了该问题得到如下结论：泊松采样系统低估了用户流包延迟性能；低估程度不受泊松采样频率的影响且随着网络链路利用率的升高而下降．定性分析和解释了泊松采样测量用户流包延迟性能时的低估现象。     

Effect of biased estimation on radar-to-ESM track association

The track association problem of radar and electronic support measure (ESM) has been considered in the literature for several years.This problem is crucial for radar-to-ESM track fusion and is complicated by the presence of individual systematic errors and measurement errors.In order to improve the track association of radar and ESM sensors,a pseudo-linear filtering algorithm is proposed to estimate the target states and improve the stability of the filter.It is found that,however,the correct probability of radar-to-ESM track association decreases as the radar measurement error decreases,when the pseudo-linear filter is used for ESM sensor filtering.In view of the strange phenomenon,this paper analyzes the reason for it by using the statistic theory and further performs Monte Carlo simulation to verify the analysis.     

基于关联的自适应新生目标强度CPHD滤波

量测驱动的自适应新生目标强度基数概率假设密度(adaptive target birth intensity cardinalized probability hypothesis density,ATBI-CPHD)滤波器可以在新生目标强度未知的情况下进行多目标跟踪,然而该方法利用所有量测产生新生目标,没有考虑关联问题。为此,本文提出了一种基于数据关联的改进算法。首先,给出了ATBI-CPHD在高斯混合CPHD(Gaussian mixture CPHD, GMCPHD)框架下的实现。其次,在GMCPHD滤波框架下采用一种基于量测标签的方法进行量测估计关联,并引入高斯元标签进行航迹保持,在此基础上提出了一种航迹管理方法。最后采用量测波门进行量测量测关联,利用关联后的量测产生新生目标。仿真结果表明,该算法可以在提高跟踪效果的同时提升计算效率。