联邦滤波器的最优性

Carlson应用方差上界技术和信息分配原理论证了当主滤波器和局部滤波器的维数都相同时联邦滤波器的全局最优性,并且信息分配系数选定后是不变的。为了实现当主滤波器维数大于局部滤波器维数时的全局滤波和局部滤波的最优性,该文提出了一种解析补偿和动态最优信息分配系数确定的方法。结果表明:解析补偿方法附加计算量小,同时可作为一种性能指标用于软故障检测;信息分配系数确定的新方法由于实现了联邦滤波器局部滤波的最优性,从而提高了软故障检测灵敏度。     

联合卡尔曼滤波在车辆组合导航系统中的应用

GPS/DR组合导航系统是一种低成本、高可靠性的车载导航设备.针对陆地车辆GPS/DR组合导航系统的特点,设计了用于该系统的联合卡尔曼滤波器,给出了滤波算法,并进行了实地跑车实验.理论分析和跑车实验的结果表明,联合滤波方法不仅有效地抑制了DR系统的误差发散,而且能够充分利用DR的数据信息对GPS定位的随机误差进行补偿,从而有效地提高GPS/DR组合系统的定位精度及容错能力.     

一种联邦滤波在定姿系统中的应用研究

以SINS／GPS／TCM2电子罗盘组合定姿系统作为研究对象．建立了SINS、GPS、TEM2电子罗盘的数字模型,根据联邦滤波器的结构组成,以SINS作为参考系统,分别与GPS、电子罗盘组成2个滤波器．运用联邦滤波器算法对定姿系统进行了数据仿真,结果表明,联邦滤波的滤波精度与集中卡尔曼滤波精度相同,同时证明了不同的信息分配系数会导致子滤波精度发生改变,而对全局滤波精度没有影响．     

联邦滤波在RAPINS/计程仪/重力匹配组合导航系统中的应用

RAPINS/计程仪/重力匹配组合导航系统是一种简易的无源导航系统,为了改善系统的容错性能,设计了基于该组合系统的联邦滤波器,建立了系统的工作模式,给出了联邦滤波算法.在该联邦滤波器中充分利用计程仪输出的速度信息,采用不等间隔滤波来进行信息融合.采用Matlab/Simulink对该组合导航系统在分辨率为0.005°×0.005°的数字重力异常图中进行了仿真研究.理论分析和仿真结果表明,基于联邦滤波的RAPINS/计程仪/重力匹配组合系统能够改善系统的容错性,且具有与集中式滤波相似的导航精度.     

故障条件下的联邦滤波鲁棒信息分配方法研究

研究了某个子系统发生传感器故障时,信息分配对无故障子系统的鲁棒性影响问题。基于提高无故障子系统的抗故障污染能力考虑,从使故障影响极小化出发提出了一种鲁棒信息分配思想。对于仅由双子滤波器组成的联邦滤波结构,给出了一种基于故障检测函数的自适应信息分配方法。从概率的角度,根据这种方法可使其他无故障子滤波器具有较强的抗干扰能力。对于具有主滤波器的联邦滤波结构,给出了一种给定故障衰减系数条件下的鲁棒信息分配系数设计方法。理论分析表明,该方法可使其他无故障子滤波器对故障具有很强的抗干扰能力,从而有利于提高联邦滤波器的快速重构能力。仿真说明本文思想是可行的。     

基于联邦网络的传递对准滤波补偿算法

针对空中环境各种干扰因素对空空导弹传递对准(TA)滤波的影响,提出一种基于联邦网络的补偿算法.将干扰误差考虑为量测输入纳入滤波系统,改进标准Kalman滤波结构.将补偿神经网络设计成联邦结构,两个子系统分别用于训练量测输入估计误差、输出层权值误差和隐层权值误差.推导了联邦网络的训练算法并对算法进行了稳定性证明,保证了网络在结构上计算量小,系统反馈能力强,能够对干扰误差进行有效在线预测,辅助改进Kalman滤波器对失准角进行精确估计.仿真比较实验验证了该算法能够在不需任何先验信息的条件下,及时适应对准环境,预测校正干扰误差,滤波收敛快、精度高,适合空空导弹在具体设备和环境条件下的快速精确传递对准.     

导航系统中量测滞后异步多传感器集中滤波算法

为解决异步多传感器组合存在的信息更新频率不同步,借鉴联邦滤波子滤波器的结构设计,提出在集中滤波器内根据组合时刻量测值的不同,选择相应量测矩阵进行切换的方法实现多传感器的异步组合.同时在该算法的基础上,利用非延时量测信息补偿滞后量测的方法,解决了多传感器组合量测滞后的问题.该算法在GPS/CNS/SINS组合导航实时仿真系统的应用表明,量测矩阵的切换对系统状态变量的滤波迭代没有不利影响,补偿量测滞后的方法对降低滤波误差有明显作用,滤波结果精度较高.     

变分配系数联邦Kalman滤波在塔机定位中的应用

鉴于塔机的复杂结构,建立了应用联邦Kalman滤波算法的塔机定位系统,并提出了改进的变分配系数联邦Kalman滤波方法,在联邦Kalman滤波系统的循环滤波过程中,分配系数随噪声的不断变化而不断调整.此联邦Kalman滤波方法适用于复杂的、大噪声的信息融合系统,对目标状态估计更为精确有效,可以有效提高塔机系统的定位精度,实现塔机的精确定位.仿真结果表明其正确性与有效性.     

基于广义分形的旋转机械故障诊断识别与分类

运用多重分形理论,提出广义维数最小二乘法的计算公式,对实测的时域信号进行了广义维数计算,得到广义维数序列值,并从广义维数中获取盒维数、信息维数、关联维数以及敏感维数。对故障样本进行功率谱分析、广义维数计算分析．找出用分形维数分析识别故障的依据。另外运用广义维数序列和数学方法相结合提出分形诊断分类方法,用广义维数最大相关系数和广义维数序列单值优化逼近原理方法,对待检信号的耦合故障分别进行了试验数据与理论响应模拟、振型数据的诊断、识别分类,收到了良好的一致效果。通过对转子系统故障诊断的实例说明从广义维数中提取的各分形维数都能较好的对故障状态进行诊断、识别：且耦合故障的分形诊断分类方法具有较好的实效性。     

全加结构抽取和补偿滤波器的高效实现

针对接收机设计中使用有限冲击响应(FIR)滤波器对级联积分梳状(CIC)抽取滤波器进行补偿滤波的问题,提出了一种全加结构无乘法运算的FIR补偿滤波器实现方式.通过对FIR补偿滤波器系数的近似,将滤波器系数用与它最接近的{2n}集合中的一个数表示,将滤波器乘法运算转换为移位运算,整个补偿滤波运算仅由滤波器阶数个加法单元构成.仿真结果表明,这种采用系数近似的算法在实现高速运算的同时,可以满足对CIC抽取滤波器进行补偿滤波的要求.     

联邦滤波信息分配方法及其在传递对准中的应用

针对高动态导航环境中固定信息分配策略不能满足应用需求的问题,根据联邦滤波公式定量分析了信息分配系数的选择对各子滤波器精度、鲁棒性及计算稳定性的影响.考虑通过提高无故障子滤波器的鲁棒性来提高联邦滤波器的快速重构能力,同时兼顾子滤波器的精度和计算稳定性,提出了基于模糊规则表的信息分配策略,给出了实现该策略的具体方法,并将其用于某导航系统的快速传递对准中.理论分析与仿真结果表明,该方法可以有效提高无故障子系统对系统故障的抗干扰能力,并可保证系统的计算稳定性.     

Multi-sensor federated unscented Kalman filtering algorithm in intermittent observations

Aiming at the adverse effect caused by limited detecting probability of sensors on filtering precision of a nonlinear system state,a novel multi-sensor federated unscented Kalman filtering algorithm is proposed.Firstly,combined with the residual detection strategy,effective observations are correctly identified.Secondly,according to the missing characteristic of observations and the structural feature of unscented Kalman filter,the iterative process of the single-sensor unscented Kalman filter in intermittent observations is given.The key idea is that the state estimation and its error covariance matrix are replaced by the state one-step prediction and its error covariance matrix,when the phenomenon of observations missing occurs.Finally,based on the realization mechanism of federated filter,a new fusion framework of state estimation from each local node is designed.And the filtering precision of system state is improved further by the effective management of observations missing and the rational utilization of redundancy and complementary information among multi-sensor observations.The theory analysis and simulation results show the feasibility and effectiveness of the proposed algorithm.     

基于模糊信息下的一种多机动目标跟踪算法

利用估计理论和模糊集理论,在接收信息包含随机性和模糊性的前提下,建立了接收信息下的模糊观测集合.首先推导出模糊最小方差估计公式,然后给出模糊信息下的卡尔曼滤波公式.为避免计算误差导致滤波发散现象,给出实用的模糊信息下的平方根滤波公式.以目标编队飞行和轨迹交叉两种机动情况,进行密集回波下的多目标跟踪仿真验证,获得满意的结果.结果表明,在复杂环境下该滤波公式具有良好的滤波和跟踪性能.     

基于模糊逻辑的数字滤波器设计

针对传统滤波器单一模型设计的缺点,提出一种将滤波噪声统计特性与模糊逻辑相结合的数字滤波器设计方法.该方法根据噪声统计特性,利用缩短三角型模糊函数,确定模糊逻辑滤波器的参数.通过滤波噪声标准偏差与最大滤波噪声门限的比较,提出了分别采用单值滤波和均值滤波的方法,并推导了均值滤波方法中的周期抽样数目.给出了算法具体设计步骤,包括:滤波方法选择、连续信号周期采样、模糊化数据处理和去模糊化.仿真表明,基于模糊逻辑的数字滤波器对不同标准偏差的噪声均有良好的滤波性能,并且设计经济合理,时间开销小,软硬件易实现,有工程应用价值.     

GPS/INS/TAN组合导航系统建模与仿真

组合导航系统是提高导航系统性能价格比的有效途径,随着信息融合技术的发展,联邦滤波理论由于可以灵活地设计出精度最优或容错能力最强的组合导航系统,已受到导航界的高度重视, 在研究分析联邦卡尔曼滤波器的算法和结构特点的基础上,提出一种适用于GPS/INS/TAN组合导航系统工程应用的联邦卡尔曼滤波方案,该方案采用无复位结构既保证了容错能力,又兼顾到了导航精度和运算速度,并对组合导航系统的各分系统、子滤波器及主滤波器进行了数学建模、仿真研究和分析,结果表明:在确保整个组合系统可靠性的前提下,导航精度有了明显提高.     

基于联合卡尔曼滤波器的燃料电池传感器故障检测与容错研究

介绍了基于多传感器信息融合技术的联合卡尔曼滤波器的结构和算法，并将此方法运用于燃料电池发动机多传感器的复杂系统中．理论分析与仿真结果表明，该联合卡尔曼滤波器设计合理，其融合算法具有全局最优性，能够有效地对燃料电池发动机传感器的故障进行检测，改善了系统的容错能力和复原能力，提高了系统运行的稳定性．     

基于遗传算法混合有源滤波器参数的多目标优化

为了解决混合有源滤波器(hybrid active pow erfilter,HAPF)参数匹配以及无源部分和有源部分容量的合理分配,提出一种基于小生境遗传算法的多目标满意优化设计方法,较为全面地考虑HAPF的容量、滤波效果、无功补偿等因素,使得多目标参数求解达到协调满意的效果。优化结果表明:有源部分容量仅为滤波器容量的6.4%,电流总畸变率降低到0.8%,同时满足系统无功功率需要,降低了HAPF系统的投资,提高性能价格比,达到HAPF实用化及谐波抑制的目的。     

感应滤波四绕组变压器及其滤波补偿装置分析

为改善220kV变电站的电能质量,提出了一种基于感应滤波技术的四绕组变压器,相比传统三绕组变压器,其增加了一个具有零阻抗设计特征的附加滤波绕组.附加滤波绕组接配套的滤波补偿装置,此变压器能够高效抑制110kV和35kV负载侧的谐波,减小220kV侧的谐波电流.对比分析了几种较为常用无功补偿容量的分配方案,确定了采用配系数分配方法设计感应滤波四绕组变压器配套滤波补偿装置的优化方案,从而实现了滤波总电感最小的目的,保证了滤波补偿装置的经济性.利用PSCAD/EMTDC软件建立了感应滤波四绕组变压器及滤波补偿装置的仿真模型.仿真结果表明,本文提出方案的滤波效果远远优于传统的三绕组变压器的滤波方案,具有良好的工程应用前景.     

基于量子粒子群优化的数字冲击滤波器自动设计

为了提高数字冲击滤波器设计的效率,提出了一种基于QPSO算法的优化设计方法.首先根据EBPSK通信系统中数字冲击滤波器的特殊滤波机理,在考虑有限字长效应的情况下对数字冲击滤波器进行建模,然后设计出合理的优化变量、目标函数和约束条件,并利用QPSO算法的全局搜索能力和惩罚函数法的约束处理机制设计数字冲击滤波器.仿真结果表明:种群适应度值能够逐步达到收敛,从而保证了寻优结果的最优性;设计得到的滤波器幅频响应在中心频率处呈现出极窄的陷波-选频特性,并可将EBPSK调制信号的微弱相位跳变转化为明显的幅度冲击,有利于解调.与已有的手调滤波器相比,该设计方法快速可靠,可节约0.3～0.5 dB的信噪比增益.     

基于新型换流变压器无源滤波器的设计

针对新型高压直流输电模拟系统12脉波整流器与逆变器产生的谐波，设计了基于新型换流变压器的无源滤波器系统。通过理论推导和分析，确定了系统的谐波成分。在兼顾谐波含量、无功功率补偿量及谐波滤除率的基础上，考虑到投资成本以及滤波效果，确立了滤波器的结构和形式，并给出了设计实例。通过仿真计算，验证了基于新型换流变压器的无源滤波器系统具有良好的滤波性能及无功补偿作用，说明了设计方法的正确性。该方法对实际工程具有指导和参考价值。