小波降噪卡尔曼滤波锂电池荷电状态估计

针对锂离子电池充放电电压信号(DCV)中存在的噪声信号导致荷电状态(SOC)估计精度降低、波动较大的问题,提出了一种基于离散小波变换(DWT)的降噪扩展卡尔曼滤波(EKF)算法。该算法利用多分辨率分析(MRA)分解携带噪声的DCV信号,通过对比4种阈值硬阈值降噪规则对携带噪声的DCV信号的降噪处理效果,选择Stein无偏风险阈值硬阈值降噪规则调整小波系数,通过含自适应遗忘因子的递推最小二乘法辨识电池模型参数后,利用扩展卡尔曼滤波算法估计SOC。仿真结果表明:使用Stein无偏风险阈值硬阈值降噪规则有效地降低了DCV信号中的噪声信号;所提算法具有较好的鲁棒性,能够有效地提高SOC估计精度,使SOC估计误差范围控制在3%之内。     

一种SINS/GPS紧组合导航系统的改进自适应扩展卡尔曼滤波算法

针对自适应扩展卡尔曼滤波算法中系统噪声协方差矩阵与量测噪声协方差矩阵不能同时被估计的问题,提出了一种改进的自适应扩展卡尔曼滤波算法.该算法基于残差,主要对滤波算法中的自适应估计器进行改进,改进后可以实时估计系统噪声.基于该算法,设计了新的滤波器并应用在SINS/GPS紧组合导航系统上,可随着系统中噪声的变化而自动地调节协方差矩阵.最后,分别用扩展卡尔曼滤波和改进的自适应扩展卡尔曼滤波对SINS/GPS紧组合模型进行仿真,结果表明改进的自适应的扩展卡尔曼滤波比扩展卡尔曼滤波的定位误差与测速误差更小,滤波的稳定性更好.      

迭代无味卡尔曼滤波的目标跟踪算法

针对目标跟踪迭代无味卡尔曼滤波(IUKF)算法中跟踪精度较差的问题,提出一种基于状态扩展技术的改进迭代无味卡尔曼滤波(IIUKF)算法.新算法首先将观测噪声扩展进状态,构造关于扩展状态的零噪声观测方程,然后在观测迭代过程中将最新的扩展状态后验估计代入更新公式,进行观测迭代更新.相比IUKF算法,IIUKF算法不仅形式上更为简洁,而且避免了IUKF算法中先验估计和观测噪声非统计正交的问题,滤波精度更高.数值仿真表明,IIUKF算法的跟踪误差比IUKF算法减小了20%以上.     

基于自回归各态历经模型参数辨识的模糊双卡尔曼滤波算法的储能电池荷电状态估算

扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)算法在电池荷电状态(state of charge, SOC)估算领域广泛应用。但作为一种基于模型的算法,电池模型误差影响SOC估算的精度。为了抑制电流的幅值与阶跃电流因素对模型误差的影响,提出一种动态修正观测噪声协方差的模糊双卡尔曼滤波(fuzzy dual Kalman filter, FDKF)算法。该算法首先将一阶电阻-电容(resistor-capacitance, RC)等效模型转换为自回归各态历经(autoregressive exogenous, ARX)模型的形式,用卡尔曼滤波(Kalman filter, KF)算法更新转换后模型的参数,且在SOC估算的过程中获取电流与电流变化量的数据,并通过建立模糊控制系统调整观测噪声的协方差值来抵消模型误差。结果表明:FDKF算法在某储能工况下估算误差的最大值为0.39%,小于EKF算法的3.92%和双卡尔曼滤波(dual Kalman filter, DKF)算法的1.12%,可见FDKF该算法能够有效地提升SOC估算的精度。     

基于收费数据的高速公路站间旅行时间预测

针对高速公路断面检测数据密度不足现状,采用收费数据预测收费站间车辆旅行时间。首先,研究收费数据实时修正处理方法,改进平均旅行时间计算模型;其次,引入分段线性插值方法构建卡尔曼滤波模型,以减小卡尔曼滤波线性化产生的模型误差问题;接着,依据旅行时间预测业务逻辑开发应用系统,实时主动预测高速公路站间旅行时间。示范路段应用表明,插值后预测算法在正常、事故、小长假三种交通流状态下所有周期平均相对误差控制在10%内,事故周期平均相对误差控制在13%内。插值后算法预测精度有效提高,可为高速公路公众出行提供时间参考。     

基于改进粒子滤波算法的动力锂离子电池荷电状态估计

传统电池荷电状态(SOC)估计中常用的扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)方法仅适用于线性系统和高斯条件,虽然粒子滤波(PF)算法能用于非线性和非高斯系统,但PF算法在滤波更新时存在粒子退化现象,使粒子集无法表示实际后验概率分布,导致估计精度降低.采用改进的扩展粒子滤波(EPF)和无迹粒子滤波(UPF)算法对电池SOC进行估计,抑制了粒子权重退化.以Thevenin模型对电池进行建模,利用带遗忘因子的最小二乘方法进行模型参数辨识,结合改进后的滤波算法对电池SOC进行估计.实验结果表明,以UKF为建议密度函数进行重采样的UPF方法平均估计误差为0.71%,低于以EKF为建议密度函数的EPF方法平均误差(1.09%),两种方法的估计误差均小于PF估计误差(1.36%),有效抑制了粒子权重退化.     

基于EPEA的SINS大失准角非线性初始对准方法

基于欧拉平台误差角(EPEA)的概念描述了理论导航坐标系到计算导航坐标系之间的失准角,推导了捷联惯导系统(SINS)在大失准角情况下进行初始对准的非线性误差模型.在系统噪声和量测噪声均为加性噪声且量测方程为线性方程时,给出了带阻尼解算的简化扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和简化无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,同时分析了不同失准角情况下初始对准过程的异同.静基座状态下的Monte Carlo仿真结果表明,大失准角和大方位失准角情况下,EKF和UKF算法都能满足对准要求,其中UKF算法较EKF算法具有对准时间更快、对准精度更高和适用范围更广的优点;小失准角情况下,由于捷联惯导系统的线性化误差变小,二者的对准时间和对准精度基本相同.     

卡尔曼滤波在GPS制导火箭弹中的应用

针对直接采用全球定位系统(GPS)测量弹道误差较大的问题,该文提出应用扩展卡尔曼滤波方法进行弹道测量。采用火箭弹弹道模型和GPS误差模型,建立卡尔曼滤波系统状态模型和以伪距为观测量的系统测量模型,推导并分析了相应的滤波公式,并对GPS动态定位的数据进行滤波。理论分析和仿真结果表明,GPS测量的位置误差和速度误差具有随机性,且误差幅度较大,采用卡尔曼滤波算法后,弹道的位置估计误差和速度估计误差分别降低到观测误差的1/3和1/4左右,而且滤波收敛速度快。     

基于Newton-UKF的可见光通信列车定位优化

针对基于可见光通信-接收信号强度检测(VLC-RSSI)列车定位过程中存在的噪声、其他光源干扰及测距误差,提出以接收信号强度检测值为观测量的Newton-UKF(牛顿插值-无迹卡尔曼滤波)算法．首先,利用可见光通信-接收信号强度检测获得列车初始位置,建立列车运动模型及系统的状态与量测方程;然后,以接收信号强度检测值为观测量,采用无迹卡尔曼滤波优化列车定位结果,引入牛顿插值法重新估计具有粗大误差的接收信号强度测量数据;最后,以成都地铁1号线真实线路数据和设备信息为依据,通过实验验证所提列车定位优化算法的有效性．结果表明：与无迹卡尔曼滤波相比,Newton-UKF算法的平均定位误差为4.98 cm,能降低粗大测量值造成的误差,提升列车定位精度,定位性能提升66.42%．该方法可为基于通信的列车控制系统中的列车定位提供参考．     

锂离子电池参数辨识与SOC估算研究

电池SOC的估算精度是影响电动汽车性能的重要因素之一.针对传统的卡尔曼滤波方法在滤波时,需要已知系统噪声统计特性这一问题,本文在采用RC等效电路模型,运用多元线性回归方法辨识得到电池模型参数后,提出了采用模糊自适应卡尔曼滤波算法来估算电池SOC.城市道路循环工况仿真对比结果表明,该算法相比传统卡尔曼滤波方法具有更高精度,且能够将误差保持在2%以内,较好地提高了SOC估算精度.     

基于无先导卡尔曼滤波的RBFN训练算法研究

提出了应用无先导卡尔曼滤波器（UKF）来训练径向基神经网络（RBFN）的新方法。与广义卡尔曼滤波器（EKF）和双重卡尔曼滤波器（DEKF）对函数的一阶近似不同,UKF对非线性函数采用二阶近似展开,而且最重要的一点是不必求取系统的雅克比矩阵,从而大大减小计算量。本文对时间序列预测及分类问题进行了仿真,结果证实了该方法的有效性和快速性。     

基于平淡卡尔曼滤波器的微小卫星姿态确定算法

针对扩展卡尔曼滤波（EKF）在线性化过程中会引入误差的问题，采用平淡卡尔曼滤波器（UKF）进行了系统滤波器设计；提出一种构建虚拟观测量的方法，并分析了其噪声特性．虚拟观测量与高精度器件量测量搭配可实现对姿态的校正．以太阳敏感器、微电子机械系统（MEMS）陀螺、磁强计为姿态敏感器件，构建了定姿滤波器并用STK（Satellite Tool Kit）数据进行了仿真．结果表明，所提出方法能有效地提高定姿性能，采用UKF的系统定姿误差与EKF相当，但收敛时间、稳定性要优于EKF．     

行人多目标跟踪算法

针对多目标跟踪中因目标遮挡而导致跟踪过程中身份交换频繁的问题, 提出一种行人多目标跟踪算法. 该算法首先使用YOLOv4作为检测器, 检测出目标并确定检测框坐标, 利用扩展Kalman滤波器对轨迹进行预测; 然后用匈牙利算法作为数据关联模块, 采用级联匹配方法将扩展Kalman滤波预测的检测框与目标检测的检测框进行匹配, 并将发生遮挡的目标加入轨迹异常修正算法; 最后在数据集MOT16的测试集上进行实验. 实验结果表明, 该算法取得了56.5%的跟踪准确度, 且对遮挡现象效果良好, 有效改进了对目标遮挡身份频繁切换以及遮挡引起的目标丢失的问题.     

基于改进DAEKF的锂电池SOC和SOH联合估计

为提高锂离子荷电状态（state of charge,SOC）及健康状态（state of health,SOH）的精度,提出改进双自适应扩展卡尔曼滤波（dual adaptive extended Kalman filter,DAEKF）算法。基于二阶RC模型,建立空间状态方程;选取电池容量作为SOH的表征量,在双扩展卡尔曼滤波算法基础上引入改进的Sage-Husa自适应算法,实现系统协方差矩阵的实时更新;为降低系统计算量,进一步加入多时间尺度理论进行优化。实验结果表明,提出的算法能较准确地估计锂电池的SOC与SOH,SOC的平均误差为0.58%,SOH最大估计误差为0.8%,该算法正确有效。     

基于传感器网络的分布式生化气体源参数测定算法

针对生化气体源参数测定问题,提出了一种基于传感网络的分布式贝叶斯迭代估计算法,该算法在给定气体物理分布扩散模型条件下,通过传感器节点获取气体浓度,并基于分布式扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）实现气体源的坐标定位和释放率估计.通过仿真实验对两种分布式算法进行性能分析,结果表明,UKF算法在参数估计成功率和参数估计误差两个方面均要好于EKF算法,分别可以提高约50%和70%,其收敛速度快,使用节点少,更有助于节省网络能量消耗,并延长其生存周期.     

基于模糊自适应卡尔曼滤波的SLAM算法

针对同步定位与地图创建（SLAM）问题中难以建立准确的先验噪声模型的问题,提出一种改进的模糊自适应卡尔曼滤波算法.该算法通过在线监测新息的变化,利用模糊逻辑对系统噪声和观测噪声的权重进行实时调整,进而改变系统对观测信息的信赖和利用程度,使滤波器最终趋于稳定.为了保证系统的实时性,提出一种直接将输入和输出进行模糊隶属函数匹配的方法代替模糊推理.将新的滤波算法用于SLAM仿真实验,结果表明该算法能根据噪声变化进行快速调整,滤波精度较高,相比标准EKF对定位和构图精度提升了50%以上.     

用于弹道目标跟踪的有限差分扩展卡尔曼滤波算法

针对目前常用的滤波算法不能同时做到精确和高效跟踪目标的缺点,提出一种有限差分扩展卡尔曼滤波(FDEKF)算法用于再入阶段的弹道目标跟踪.该算法应用有限差分运算得到滤波的验前、验后误差协方差矩阵,避免了非线性函数求导运算,以及Jacobian阵和Hessian阵的计算,降低了计算难度,扩大了应用范围,增强了滤波过程的收敛性.Mome Carlo 数值仿真表明,FDEKF算法与扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无味卡尔曼滤波(UKF)算法相比较,在跟踪精度上比EKF算法提高了约20%,与UKF算法相当,在计算复杂度上比EKF算法稍有增加,但比UKF算法低约39%.这说明FDEKF算法在计算量增加不多的情况下,滤波精度有显著提高.     

GPS动态定位的强跟踪卡尔曼滤波研究

提出一种改进的强跟踪卡尔曼滤波算法，应用于ＧＰＳ动态定位滤中获得明显效果，首先采用描述机动载体运动的“当前”统计模型，建立了一咱新的ＧＰＳ动态定位扩展卡尔曼滤波模拟及其适应算法，然后，为了进一步提高滤波器的动态性能，改进了周东华等提出了的强跟踪滤波器，大大提高了ＧＰＳ动态定位位扩展卡尔曼滤器的跟踪能力。     

桥梁极值应力的改进高斯混合粒子滤波器动态预测

为合理地动态预测在役桥梁的极值应力信息,应用桥梁健康监测(BHM)系统的长期日常监测极值应力数据,建立非线性动态模型,引入扩展卡尔曼滤波器(EKF)与高斯混合粒子滤波器(GMPF)相结合的改进高斯混合粒子滤波器(IGMPF)预测算法,对监测极值应力的一步向前预测分布参数及其状态变量的后验分布参数进行预测分析,并进行了实例验证.IGMPF不仅可以得到实测极值应力状态的合理重要性函数,还可以解决传统预测方法的短期性和精度不高的问题,为实际BHM系统的动力响应预测提供了理论基础.