基于GA-BPNN的自适应抗野值无迹Kalman滤波方法

为了满足飞行试验轨迹的试验测量需求,构建了一种高性能飞行试验目标轨迹测量系统.在此基础上,针对实际飞行测量中遇见的异常数据处理问题,提出了一种基于多机器学习改进的自适应Kalman滤波方法.该方法以传统的无迹Kalman滤波器(UKF)为基础,首先,通过引入采用遗传算法改进后的BP神经网络(GA-BPNN)来改进UKF算法,以实现对UKF全局误差的调控和修正,从而改善UKF的估计精度;然后,应用抗野值技术来充分剔除测量中的孤立型和斑点型异常点,实现对GA-BPNN-UKF的再次改进,有效提高滤波的鲁棒性;最后,应用仿真来验证提出新算法的有效性,并通过对实际飞行测量数据(通过建立的轨迹测量系统获得的实际数据)的实验分析来显示算法在实际应用中的有效性.     

多传感器信息融合的时间不确定性

分析了测量融合方案的测量信息时间不确定性,将时间不确定性转化为系统不确定性．以跟踪问题为例,讨论了卡尔曼滤波器、确定性系统的鲁棒滤波器和参数不确定性系统的鲁棒滤波器3种滤波器的应用,给出了3种滤波器的求解结果,并对其表现进行了比较．仿真结果表明,在时间不确定性条件下,3种滤波器的性能都有所下降,2种鲁棒滤波器的滤波误差的方差始终比卡尔曼滤波器的方差小。     

基于改进自适应无迹卡尔曼滤波的国产民机导航数据滤波算法

针对国产民用飞机导航数据存在杂波不能准确测量的问题,提出一种基于改进自适应无迹卡尔曼滤波(adaptive unscented Kalman filter,AUKF)算法的导航数据滤波方法。将无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)与改进Sage-Husa次优无偏极大后验噪声估计器结合构造出改进AUKF,有效解决了在模型不确定或干扰信号统计特性不完全得知的情况下,滤波精度低甚至发散的问题,同时与维纳滤波器和小波阈值法滤波效果进行对比。选择ARJ21飞机实际运行的高度、经度及纬度数据进行仿真,结果表明：改进后的AUKF算法较其他滤波算法精度更高,有效提高了导航数据的可靠性。研究对提高国产民机导航定位精度具有重要意义。     

一种用于天线面形恢复测量的无人机导航方案

天线近场面形恢复算法需要搭载发射源的无人机沿特定轨迹飞行,并获得其位置。根据面形恢复算法对无人机飞行的要求设计一种包含差分GPS和视觉传感器的导航方案,在此导航方案的数据融合时间策略下使用常规扩展卡尔曼滤波器将出现震荡问题。为此提出一种基于SageHusa滤波算法改进的自适应扩展卡尔曼滤波器,并通过仿真和实际飞行测试将其与常规扩展卡尔曼滤波器进行对比。实验结果表明,此自适应扩展卡尔曼滤波器在实际应用中表现出更好的性能,并在弱GPS信号情况下能够趋向于更可信的视觉里程计数据。此方案基本满足天线测量时无人机沿轨迹飞行并采集位置数据的要求,有望实现射电望远镜主动面实时闭环修正。     

基于UKF的无线传感器异步数据融合优化算法

提出了一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的无线传感器异步数据融合算法,利用RNAT机制识别无线传感器网络中的冗余节点,构造数据冗余树来实现冗余数据的去除.根据重复数据消除的结果,在每个传感器检测范围半径相等的环境下,采用四圆定位法,任意选择2个检测目标信息的节点,计算2个圆形检测区域边界的交点,根据迭代法找到并近似目标.设定了不同传感器的原始传感器相互独立、同一传感器不同原始量测量值相互独立的前提条件,计算出各通道的测量值,利用未测量卡尔曼滤波器以滤波的形式更新测量值,引入卡尔曼滤波增益矩阵,并结合异步数据定位结果实现数据融合.实验结果表明,融合后的数据利用率高于现有结果,算法耗时短、能耗低,且具有较高的数据融合精度,整个融合的准确率在90％以上.     

基于卡尔曼滤波的动态权值融合

在雷达航迹融合过程中,采用多传感器测量值融合的方法能够摒除单一信息源不全面的缺点.加权平均融合为广泛使用的融合方法,但传统的权值固定的加权平均融合虽然能综合多路传感器信息,却无法自适应的根据测量值优劣倚重更有利的测量信息.因此,本文提出将固定权值改进为动态权值的融合方法,实时改变各路测量信息参与融合的权重.每次融合前,先将多路传感器测量值求简单算术平均后进行卡尔曼滤波,把滤波后的值与各路测量值作差,这相当于对传感器信息的优劣作出预判,每路测量信息的融合权值则与该差绝对值成反比.最后,通过仿真实验证明,该改进方法较之前的加权平均融合明显提高了目标的融合精度.     

广播式自动相关监视报文中几何和气压高度数据质量统计分析

广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)消息中包含几何高度、气压高度和高度质量指标等信息,分析、总结这些信息的特征、相关性可以为进一步用于空中交通管理(air traffic management,ATM)提供指导建议.对现有飞机飞行高度数据源进行分析、优化对保障飞行安全具有重要意义.基于中国某地区某地面站ADS-B数据开展研究,分析了几何和气压高度的获取方法、优缺点和可用性等,研究了基于飞行阶段的几何和气压高度以及高度差值的变化趋势,总结了ADS-B高度质量指标参数与高度差值的相关性.结果表明,664架样本飞机中几何和气压高度之间的绝对差异范围为0～284.074 m,平均为154.838 m,只有1.204％的高度偏差小于74.676 m.可见,分析与总结航空高度数据的相关性与变化规律对航空安全至关重要.     

基于无迹卡尔曼滤波和协方差交叉融合的分层多簇无线传感器网络多速率跟踪算法

针对无线传感器网络(WSNs)在跟踪过程中精度低,性能差等缺点,提出基于无迹卡尔曼滤波(UKF)和协方差交叉(CI)融合的分层多簇WSNs多速率跟踪算法。将传感器分成多个簇,同一簇中的传感器可以采用不同的采样和传输速率对目标的数据进行采集和传输。首先,采用UKF处理传感器节点采集的数据,生成局部估计。然后,利用CI融合算法将收集到的局部估计值形成融合估计。通过定义一个附加权重因子,为真实协方差的不确定性定义一个更严格的界限。仿真验证了方法的有效性,采用多速率分层融合估计的精度更高,效果更明显。     

多传感器远距离目标跟踪精度分析

该文主要研究了非线性系统中多传感器远距离目标跟踪问题,提出了分布的转换坐标卡尔曼滤波算法,给出了当多传感器不在同一位置时融合中心的状态估计组合公式。     

高原机场着陆性能计算与分析

针对高原机场着陆过程,将其分为空中直线下滑、拉平、地面滑跑3个阶段进行建模研究,选取着陆滑跑距离为研究对象,提出利用飞参数据反推确定刹车摩擦系数的方法并应用于着陆计算模型中,将计算结果与手册数据对比,说明改进后计算模型的准确性与可行性。结果表明:相同计算条件下,采用传统方法计算的滑跑距离与飞行实测数据数据的最大绝对误差为65 m,最大相对误差为6.7%;采用改进后的方法最大绝对误差缩小到20 m,最大相对误差缩小到2%。研究着陆滑跑距离与海拔高度、飞行质量、温度、着陆迎角、风速和最大刹车压力之间的关系并给出相关曲线,对曲线的变化进行分析。研究结果表明,该模型准确性高,适用范围较为广泛,具有一定的实用价值。     

一种基于MEMS惯性传感器室内行人航位推算算法

在室内行人定位中,行人航位推算 (Pedestrian Dead Reckoning, PDR)由于不需要外部辅助信息,而被广泛应用。针对传统室内PDR存在步长局限性等问题,提出了一种基于微机械电子系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)传感器的行人航位自适应拟合推算算法。该算法选用六位置法和卡尔曼滤波器(Kalman Filter, KF)作为对加速度计和陀螺仪原始数据误差处理方案。通过过零检测和步态短时不变性计算脚的运动状态,并结合加速度自适应拟合行进距离,最后利用位置推算解算行人的运动轨迹。仿真结果表明,该算法在95 m运动距离内,最大误差不超1.5 m,具有良好精确性和灵活性,适用于实际的室内行人定位。     

Maneuvering target tracking algorithm based on CDKF in observation bootstrapping strategy

The selection and optimization of model filters affect the precision of motion pattern identifica-tion and state estimation in maneuvering target tracking directly.Aiming at improving performance of model filters, a novel maneuvering target tracking algorithm based on central difference Kalman filter in observation bootstrapping strategy is proposed.The framework of interactive multiple model ( IMM) is used to realize identification of motion pattern, and a central difference Kalman filter ( CDKF) is selected as the model filter of IMM.Considering the advantage of multi-sensor fusion method in improving the stability and reliability of observation information, the hardware cost of the observation system for multiple sensors is adopted, meanwhile, according to the data assimilation technique in Ensemble Kalman filter( EnKF) , a bootstrapping observation set is constructed by in-tegrating the latest observation and the prior information of observation noise.On that basis, these bootstrapping observations are reasonably used to optimize the filtering performance of CDKF by means of weight fusion way.The object of new algorithm is to improve the tracking precision of ob-served target by the multi-sensor fusion method without increasing the number of physical sensors. The theoretical analysis and experimental results show the feasibility and efficiency of the proposed algorithm.     

滑翔式飞行器高空自适应跟踪制导控制方法

针对具有较大机动能力的滑翔式高超声速飞行器在复杂高空环境再入的问题,提出了一种基于LQR （线性二次调节器）的多状态自适应跟踪制导方法.该方法基于飞行器量纲一化的再入运动模型,考虑滑翔式飞行器各特征参数和飞行约束设计出基本安全飞行走廊,用拟合法将标准弹道综合成航程-高度-速度-航迹角函数.然后设计了基于LQR的多状态跟踪制导律,并采用多项式拟合法实现全弹道制导律的增益调度函数;形成了一套完整的滑翔式飞行器再入过程基于标准轨道的多状态LQR制导方案设计.并通过仿真计算,验证了该制导方法,表明该方法是有效、高精度的飞行器高空自适应跟踪制导方法.      

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.     

基于异质传感器航迹融合算法的稳定性分析

给出了基于异质传感器的动态状态矢量融合算法，针对两个采用二维理想线性卡耳曼滤波器的异质传感器，对融合的互协方差矩阵的稳定性进行了分析，揭示了数据融合的本质。     

基于BTS数据集的航班延误分类和预测算法

针对神经网络分类模型对美国联邦运输统计局(Bureau of Transportation Statistics, BTS)航班数据集中的不均衡数据预测误差较大的问题,采用自适应合成采样算法(adaptive synthetic sampling approach, ADASYN)和合成少数类过采样算法(synthetic minority over-sampling technique, SMOTE)对航班延误类别进行平衡处理,并用随机森林(random forest, RF)模型进行训练和贝叶斯调参。结果表明：与不经过平衡采样的方法比较,该方法在权重平均下的精确率、召回率和F₁评分分别提高了19%、8%和16%;分类预测准确率提升8.03%,模型拟合指数AUC(area under curve)提升5.4%。同时,采用多特征相融合的图神经网络模型Graph WaveNet对航班平均延误时间进行预测。实验结果表明：与单特征模型比较,该模型平均绝对误差和均方根误差分别降低了16%和12.45%。这些方法和结果对研究航班延误分类和预测算法研究具有参考价值。     

随机奇异系统多传感器信息融合Kalman多步预报器

应用Kalman滤波方法和奇异系统典范型分解,对单传感器随机奇异系统,给出了Kalman步预报器新算法。对带多传感器随机奇异系统,基于线性最小方差标量加权融合算法,给出了具有两层融合结构的多传感器分布式最优信息融合Kalman多步预报器。同时给出了任两个传感器之间的预报误差协方差阵的计算公式。当各传感器子系统存在稳态Kalman滤波时,又给出了稳态信息融合Kalman多步预报器。稳态权重可在各子系统达到稳态时通过一次融合计算获得．避免了每时刻计算协方差阵和融合权重,便于实时应用。仿真例子验证了其有效性。     

一种应用于GPS/低成本INS组合导航的自适应滤波算法

为了提高在全球卫星定位系统(GPS)接收机导航解更新间隔期间组合导航系统的定位精度,在分析了惯导系统(INS)误差模型的基础上,使用一种对噪声协方差矩阵进行实时自适应估计的算法改进了通常使用的标准Kalman滤波器。采集清华大学内的跑车实测数据,并使用自适应算法进行处理,结果表明:该方法可以有效地提高GPS导航解间隔期间组合导航系统的定位精度,整体定位精度可以提升近10%,在车辆行驶状态变化较大的路径中获得了最高达40%的位置精度提升。该方法易于实时实现,在实际工程实现中具有一定的应用前景。     

自适配权重特征融合的持续身份认证

针对现有智能手机用户身份认证方法的不足，提出了一种自适配权重特征融合的持续身份认证方法。设计了一种卷积神经网络，对手机内置传感器(加速度计、陀螺仪、磁力计)获取的用户行为信息数据进行深度特征提取及融合。通过网络中3个子网络流分别提取3种传感器特征，在特征融合层加权融合，各特征的权值会在网络学习过程中根据不同特征的贡献度实现自适应分配。融合特征经过特征选择之后，使用单分类支持向量机进行用户分类认证。实验结果表明：该方法对不同用户身份认证获得的等错误率为1.20%,与现有其他认证方法相比具有更好的认证准确性。     

观测滞后系统协方差交叉融合Kalman滤波器

对观测滞后和带未知互协方差的两传感器线性离散定常随机系统,提出了一种协方差交叉(CI)融合稳态Kalman滤波器。它给出了不依赖于未知互协方差的实际融合误差方差阵的一个公共的上界,因而具有一致性和鲁棒性。证明了其精度高于每个局部Kalman滤波器的精度,且低于当互协方差已知时的最优矩阵加权融合Kalman滤波器的精度。一个跟踪系统的Monte Carlo仿真例子说明了其有效性。