基于变分贝叶斯估计方法的双尺度自适应Kalman滤波

针对Kalman滤波在对敌目标估计应用中遇到的量测和过程噪声均未知且时变的情况,提出了一种利用变分贝叶斯估计的双尺度自适应滤波方法。解决了2个关键问题：一是针对量测和过程噪声协方差的共轭后验分布提出了相对转移概率指标,设计了启发式的自适应噪声估计窗口,实现了稳态精度和时变响应性能的综合提升,能适应敌方目标机动性高且统计特性变化快的特点;二是设计了在不同时间尺度上估计过程噪声和量测噪声的协方差方法,解决了在同一时间尺度上使协方差估计值发生严重偏差且增大滤波误差的问题。仿真表明,所提方法能快速跟踪目标状态噪声统计特性的变化并保证估计精度。     

模糊自适应滤波算法在自主水下航行器组合导航系统中的应用

复杂水下工作环境中的诸多不确定因素均有可能导致自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV)导航系统的量测噪声模型发生变化,且噪声统计特性难以准确获得。为获得更为准确的状态估计值,提出一种基于模糊逻辑的自适应滤波算法,使量测噪声方差阵可以根据实际情况进行自适应调整从而逼近真实量测噪声模型。将该算法用于SINS/MCP/DVL/TAN组合导航系统,仿真结果表明:在应对量测噪声不稳定的状况时,所提滤波算法与Sage-Husa自适应滤波算法相比,东向、北向速度误差分别减小约27.0%、42.0%;纬度、经度误差分别减小约49.4%、58.0%,即模糊自适应滤波算法具有更高的估计精度。     

基于变分贝叶斯Cubature KF的SINS海上对准方法

针对SINS海上对准中速度等量测值的先验统计特性未知导致Cubature滤波(Cubature KF)的失准角估计值出现严重振荡的问题,提出变分贝叶斯Cubature滤波.该滤波方法通过近似计算状态变量和量测噪声方差的联合条件后验概率密度,在估计状态变量的同时,实时调整变分贝叶斯参数,估计和修正时变的量测噪声方差,减弱量测噪声方差统计特性对状态变量估计值的影响.半实物仿真结果表明,该方法能够减小Cubature KF海上对准失准角估计值的振荡性,提高海上对准的精度.     

一种基于自适应粒子滤波的多层感知器学习算法

针对神经网络状态空间模型中系统噪声统计特性未知导致滤波发散或者滤波精度不高的问题,提出一种自适应的粒子滤波神经网络训练算法.该算法用粒子滤波估计网络的权时,利用序贯更新先验信息的序贯可信度最大化方法在线估计未知系统噪声方差.仿真结果表明:该自适应粒子滤波算法明显优于其他传统的神经网络训练算法,如扩展卡尔曼滤波、噪声可调的扩展卡曼滤波、普通粒子滤波等.     

有限记忆量测噪声在线估计的Kalman改进算法

针对有限记忆量测噪声在线估计算法中,新息残差序列对渐变噪声的统计滞后问题,提出了一种新息变化率构建算法.该算法利用当前统计周期内新息绝对值的均值与前一统计周期内新息均值的绝对值构造新息变化率,并在此基础上提出了利用新息变化率作为量测噪声估计阵修正因子的改进算法.仿真比较了在无噪声变化、噪声突变与噪声渐变3种不同情况下,算法改进前后的滤波效果.仿真结果表明,该算法在保留对突变噪声有效检测的同时,提高了对渐变噪声的检测速度,从而提高了有限记忆量测噪声在线估计算法对量测噪声阵的计算精度.     

基于GPS/INS组合导航的改进自适应渐消卡尔曼滤波算法

基于GPS/SINS组合导航系统的模型不准确或者量测噪声多变所产生的滤波发散问题,研究了自适应渐消卡尔曼滤波对于滤波发散的抑制作用,文章提出一种利用新息协方差估计值和量测值实时自适应计算渐消因子的方法,用它调节卡尔曼滤波方程中预测误差协方差阵和增益矩阵,调整历史新息和当前新息的权重达到抑制滤波发散的目的。该算法能有效减少严格收敛判据推导渐消因子的计算量和限制条件,有效利用了当前新息值。仿真验证表明,提出的算法能有效抑制滤波发散,并且比常规卡尔曼滤波效果更佳。     

基于H_∞滤波器的交互多模型算法

为了解决在实际情况中噪声的统计特征信息经常残缺甚至完全未知的问题,在量测噪声的协方差未知的前提下,提出了一种方法解决含有马尔可夫参数线性离散系统的估计问题.在交互多模型算法的基础上融合H_∞滤波器构造估计器,得到交互过程中必需的噪声统计特征,进而对目标的状态进行估计.该方法不但解决了噪声信息缺失问题,而且保留了交互多模型算法的优异性能.通过与单模型H_∞滤波进行比较,试验仿真结果证实了该算法的有效性.     

一种改进的自适应USQUE组合导航姿态估计方法

针对传统四元数无味卡尔曼滤波(unscented quaternion Kalman filter,USQUE)算法的量测噪声统计未知及时变引起滤波发散精度降低等问题,提出一种变分贝叶斯自适应四元数无味卡尔曼滤波算法(variational Bayesian-based adaptive USQUE,VB-AUSQUE).通过变分贝叶斯高斯迭代近似估计,获取近似的量测噪声协方差矩阵滤波先验条件.仿真和舰载测试表明:在捷联式惯性导航系统/全球定位系统(strapdown inertial navigation system/global navigation satellite system,SINS/GNSS)组合导航系统中,VB-AUSQUE算法能有效减少系统量测噪声未知及时变问题对姿态估计精度的影响,相比常规算法具有更高的精度.     

捷联惯导初始对准的区间自适应滤波算法

捷联惯导系统在初始对准过程中由于模型参数与实际系统存在偏差,并且系统噪声与量测噪声统计特性往往是未知的,采用卡尔曼滤波不能取得理想的滤波效果。为避免滤波发散以及模型的不确定性,提出了基于Sage-Husa算法的区间自适应卡尔曼滤波方法。给出了捷联惯导系统的误差模型以及区间自适应卡尔曼滤波方程。在噪声统计特性未知时,比较了常规卡尔曼滤波与区间自适应卡尔曼滤波在初始对准中的应用效果。仿真结果表明,区间自适应卡尔曼滤波在噪声统计特性未知时能够有效地提高系统的滤波效果,是一种比较理想的初始对准滤波方法。     

组合导航系统新息自适应卡尔曼滤波算法

全球定位系统(GPS)量测噪声的不稳定变化将造成惯性导航系统(INS)/GPS舰用组合系统卡尔曼滤波器性能下降,在对自适应卡尔曼滤波器分析的基础上,提出了一种新的基于新息估计的自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过计算新息方差强度的极大似然估计最优估计,将新息方差计算直接引入卡尔曼滤波器的增益计算.仿真结果表明,本文方法较标准卡尔曼滤波器可以提高系统精度和抗干扰能力.