一种基于粒子滤波的被动多传感器多目标跟踪算法

针对被动观测系统中非线性运动多目标跟踪问题,提出了一种基于交叉定位的模糊-概率双加权粒子滤波跟踪算法.算法利用多个被动传感器的角度观测信息进行交叉定位,得到目标的位置观测信息,通过模糊-概率双加权完成目标与定位点的关联匹配,最后利用粒子滤波对非线性运动的目标进行跟踪;其中关联算法和滤波算法的有效结合是该算法的创新点.仿真结果表明,所提出的算法可以准确地排除虚假定位点,可有效跟踪多个非线性运动目标.     

多传感器优化部署下的机动目标协同跟踪算法

针对资源有限的传感器网络中目标动态跟踪问题,提出了一种能够自适应选择跟踪传感器的机动目标协同跟踪算法。首先,采用粒子群优化算法优化传感器网络能耗与有效覆盖率,进行传感器位置部署;然后,以最大化候选传感器的Rényi信息增量与最小化传感器间信息传递能耗为适应度函数,采用二进制粒子群优化算法自适应选择最佳跟踪传感器组;最后,利用交互多模型粒子滤波对机动目标位置进行估计并进行分布式融合。仿真结果表明,与现有方法相比,该方法可在非高斯非线性环境下自适应选择最优跟踪传感器,显著提高目标跟踪精度,降低网络能耗。     

基于多次测量更新的移动机器人SLAM仿真

针对移动机器人同时定位与地图构建(SLAM)技术中,非线性系统进行线性化处理所产生的线性化误差问题,从费切尔信息角度分析,提出多次测量更新算法.该算法利用滤波中预测和各次更新阶段状态向量的费切尔信息加权关系,解算每次测量更新后的状态估计,通过多次将更接近于真实状态的估计值融入观测信息,可得到较高精度的后验状态估计,降低线性化误差的同时提高了机器人定位与构图准确性.实验部分实现多次测量更新与一次测量更新算法的仿真与对比,结果表明:所提算法能有效降低机器人位姿误差和地图估计误差.     

一种新的自主移动机器人主动式SLAM算法

针对未知环境中运动的自主移动机器人的控制律与运动路径需要在同时定位与地图创建过程中同步产生的问题,提出了运用行为动力学与滚动窗口路径规划的同时定位与地图创建方法。应用行为动力学模型计算机器人运动速度和导航角,确定控制律,同时根据滚动窗口中信息进行定位与地图创建,并自主规划出可行路径,再将滚动窗口地图融合到全局地图中,实现机器人主动式同时定位与地图创建。仿真实验表明,在根据机器人任务而灵活设置单个或多个目标点的情况下,该方法能够实现机器人在自主运动的过程中有效地完成同时定位与地图创建任务,并通过相关性能指标验证了算法的有效性。     

基于无迹粒子PHD滤波的序贯融合算法

针对在杂波、漏检和非线性情况下,粒子概率假设密度滤波（particle probability hypothesis density filter, P-PHDF）算法估计精度不高、滤波发散及粒子退化等问题,提出了一种基于无迹粒子概率假设密度滤波（unscented particle PHDF, UP-PHDF）的序贯融合算法。利用无迹粒子滤波（unscented particle filter, UPF）实现PHDF,由UKF算法得到更好更优的重要性密度函数并从中采样,使粒子的分布更接近多目标概率假设密度分布;另外,为进一步提高滤波算法的性能,实现基于雷达和红外传感器的UP-PHDF序贯融合算法,通过两传感器交替滤波保证目标状态的可观测性。在复杂环境下,仿真结果表明该算法的估计精度和稳定性明显优于单传感器P-PHDF算法。     

多传感器量测自适应Rao-Blackwellised粒子滤波算法

针对量测不确定下非线性系统状态估计中多传感器量测数据的有效利用和计算复杂度的简化问题,给出了一种多传感器量测自适应Rao-Blackwellised粒子滤波算法。首先,通过随机采样策略和量测模型先验转移概率实现用于评估粒子权重的传感器有效量测集合的采样;其次,利用重采样步骤和概率最大化原则完成对不含扰动影响传感器量测模型的辨识;最终,依据Rao-Blackwellised粒子滤波中非线性状态分量和线性状态分量的独立求解方式实现当前时刻系统的状态估计。理论分析和仿真实验结果验证了算法的可行性和有效性。     

一类广义过程非观测分量依可观测分量随机信号的最优滤波与估计

研究信号传递系统中一类含分式有理谱密度广义过程非观测分量依可观测分量随机信号的最优滤波与估计问题。为了有效提高此类信号传递系统的信息滤波效率，在首先建立此类含分式有理谱密度多维广义过程随机信息序列模型并对此类过程非观测分量依可观测分量随机信号进行最佳线性估计与均方误差分析的基础上，深入研究此类广义过程随机信号的最优递推滤波与估计。研究结果表明，本文给出的最优递推滤波算法及其得到的最优递推滤波和最佳线性估计方程，对于解决该类广义过程随机信号的最优滤波与估计效果甚佳，为进一步提高此类信号传递系统的效率提供了一种非常有效的数学处理方法。     

基于联合分布状态信息滤波的机器人协同定位

针对现有扩展卡尔曼滤波算法在协同定位应用计算复杂的问题,提出一种基于联合分布状态的信息滤波算法,并将其运用在多机器人协同定位中。从3个方面解决计算复杂的问题:第一,借鉴机器人同步构图与定位,利用联合分布状态将关键历史状态保留在滤波中,避免时间更新的复杂计算;第二,利用滤波信息参数的稀疏性,减小滤波所涉及的计算复杂度;第三,根据Cholesky矩阵分解的特殊性质,进一步减少计算复杂度,节省存储空间,简化通信管理,便于工作负载均衡分配。理论分析与仿真结果表明,该方法在确保计算与存储复杂度的同时保证了估计精度和协同定位的有效性。     

改进的DGPS/INS/视觉组合导航算法研究

为了满足智能车辆的高精度、实时性和高可靠性的自主导航的需要,提出了一种GPS/机器视觉共同辅助SINS的多采样的智能车辆组合导航算法。该算法不仅包括GPS和SINS形成的位姿速度观测信息,还包括机器视觉形成的位置观测信息。在子滤波器中采用自适应选权滤波算法,抑制了滤波发散,提高了滤波精度。还提出了一种改进的基于估计协方差阵的奇异值分解的动态自适应调节信息分配系数的算法,可有效提高系统的状态估计精度。通过仿真实验验证,该导航系统能为智能车辆提供丰富的导航信息,实现了厘米级的导航精度和容错性,即使在GPS出现较长时间的中断时,仍能为智能车辆提供可靠的导航信息。     

基于结构总体最小二乘的多传感器定位算法

多部二维传感器组网定位时,为充分利用各传感器量测并减小地球曲率对观测的影响,建立了大场景下考虑地球曲率的三维空间观测定位模型,提出7此场景下融合测距信息的方位结构总体最小二乘定位算法.该算法首先根据各传感器的方位角量测信息使用结构最小二乘法初步定位,然后利用观测模型融合各传感器的距离量测提高定位精度并最终得到目标位置估计.仿真实验证明了该方法在多部2D传感器组网情况下对三维空间内目标定位的实际性和有效性,适用于工程利用.     

基于单快拍空间平滑的多伯努利DOA跟踪算法

针对阵列信号处理中单快拍情况下的多源时变波达方向(direction of arrival, DOA)跟踪问题, 提出了一种基于单快拍空间平滑的多伯努利DOA跟踪算法。首先,利用多伯努利随机有限集(random finite set, RFS)描述状态过程的随机性, 并直接利用从传感器阵列中获得单快拍量测。其次, 采用空间平滑技术对单快拍量测进行处理, 得到伪协方差矩阵, 并进行奇异值分解。最后,用多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)谱函数作为伪似然函数进行多伯努利DOA跟踪。仿真结果表明, 该算法能实时有效跟踪单快拍量测下的时变信源DOA状态, 且能准确估计信源个数。     

SR-CH∞KF用于弹丸飞行姿态测量研究

为提高弹丸姿态测量精度,提出一种基于H∞滤波的平方根容积卡尔曼滤波.该方法通过三轴地磁传感器和陀螺仪组合测量模型,采用欧拉角算法模型减少状态维数并使状态方程呈现线性化,可以减少计算量.该方法可以适用于量测噪声不确定的情况,引入新息序列不断修正误差限定参数来更新量测噪声估计值,可以提高滤波的精度和鲁棒性.奇异值分解能够保...     

基于改进粒子滤波的微弱目标检测前跟踪算法

研究高速微弱目标的积累检测问题,提出了一种改进粒子滤波的检测前跟踪算法。该算法采用与雷达距离-多普勒图像相匹配的量测数据模型,能克服传统点扩散函数的模型误差。采用“新生”粒子从强度最高的分辨单元集内均匀产生,且按概率对权重最低的部分“存活”粒子用“新生”粒子将其替换的粒子更新策略,在增加粒子多样性的同时缓解了粒子的退化。仿真实验表明,本文算法的检测与跟踪性能要优于标准的粒子滤波算法。     

CCD星敏感器辅助光纤陀螺在线标定技术

首先建立陀螺在线标定模型,然后以电荷耦合器件星敏感器输出的姿态四元数和陀螺输出的载体相对于惯性空间的姿态四元数构造量测量,采用模型预测滤波与扩展卡尔曼滤波相结合的方法,将部分陀螺误差项作为模型误差,在线实时估计并修正系统模型,提高了状态估计的精度,最后对该算法进行了数学仿真。仿真结果表明,该方法能有效地完成陀螺在线标定,标定精度和速度明显优于传统方法。这种在线标定的处理方法在实际使用和维护中具有极大便利。     

基于迭代无迹卡尔曼滤波的SLAM算法仿真研究

对迭代无迹卡尔曼滤波算法在SLAM问题中的应用进行仿真研究。通过仿真分析发现,与一般的无迹卡尔曼滤波算法相比,迭代的算法有时无法提高SLAM的精度,继而探讨了SLAM问题中选择采用迭代算法的条件;同时针对迭代算法的观测更新阶段,用阻尼的高斯-牛顿迭代方法改进完全高斯-牛顿迭代方法,从而提出一种改进的基于迭代无迹卡尔曼滤波的SLAM算法。仿真实验对提出的迭代条件进行了验证,仿真结果表明提出的SLAM算法与无迹卡尔曼滤波算法相比,可以进一步提高SLAM问题的估计精度。     

基于AEKF的高速自旋飞行体组合导航方法

针对高速自旋飞行体运行过程中噪声特性无法准确获取的问题, 提出了基于改进自适应扩展卡尔曼滤波(adaptive extended Kalman filter, AEKF)算法对量测噪声进行自适应调节, 并在扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)的基础上提出了一种基于对状态变量新的建模方式的EKF算法, 提高算法的实时性。采用北斗/捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)组合导航方案, 在EKF的基础上, 引入带遗忘因子的噪声估计器, 通过AEKF对组合导航数据进行融合, 对量测噪声进行估计。仿真结果表明, 所提出的组合导航方法对高速自旋飞行体的姿态和位置定位误差较小, 与无改进的AEKF相比, 具有更好的收敛性。     

基于强跟踪UKF的航天器自主导航间接量测滤波算法

针对广义卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)和无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)缺乏对系统异常的在线自适应调整能力、导致滤波器精度降低的问题,提出了一种将强跟踪滤波(strong tracking filter, STF)和UKF相结合的滤波算法,并进一步采用部分状态信息作为间接观测量,同时量测噪声方差阵实时调整,从而避免了对观测方程求取Jacobi矩阵的过程,使滤波器的设计得到简化。将该算法应用于航天器自主导航系统中,仿真结果表明,该算法在系统出现突变或缓变异常时,能够迅速检测出异常,在保证较高估计精度的同时,提高了系统的可靠性。     

Fault tolerant navigation method for satellite based on information fusion and unscented Kalman filter

An effective autonomous navigation system for the integration of star sensor, infrared horizon sensor, magnetometer, radar altimeter and ultraviolet sensor is developed. The requirements of the integrated navigation system manager make optimum use of the various navigation sensors and allow rapid fault detection, isolation and recovery. The normal full fusion feedback method of federated unscented Kalman filter (UKF) cannot meet the needs of it. So a no-reset feedback federated Kalman filter architecture is developed and used in the autonomous navigation system. The minimal skew sigma points are chosen to improve the calculation speed. Simulation results are presented to demonstrate the advantages of the algorithm. These advantages include improved failure detection and correction, improved computational efficiency, and reliability. Additionally, its’ accuracy is higher than that of the full fusion feedback method.     

环境特征与散射特性融合的PolSAR飞机目标检测

针对复杂场景下极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR)图像飞机目标检测问题,提出了一种融合目标环境特征与散射特性的PolSAR飞机目标检测方法。首先,利用极化白化滤波(polarimetric whitening filter, PWF)图提取疑似飞机目标,将疑似飞机目标转换成超像素得到混合图像。然后,经极化分解与分类构造一个新的环境特征,并与散射特性融合得到飞机目标检测特征,通过阈值判别检测出飞机目标。最后,使用AIRSAR和UAVSAR系统采集的实测数据进行实验,并与其他检测方法进行对比。结果表明,所提方法产生的虚警和漏警较已有方法有所改善,检测结果更好。