基于改进无迹Kalman滤波的小波网络算法及其应用

无迹Kalman滤波（UKF）是无迹变换（UT）和标准Kalman滤波的结合,对非线性系统具有出色的估计性能,使用UKF估计小波网络参数,速度快,精度高,无需求导计算Jacobian矩阵,但其计算量偏大.基于此,本文考虑引入一种改进的UKF来估计小波网络的参数,以提高训练效率.该改进UKF在Kalman滤波体系内应用了一种基于最小偏度单形Sigma点采样策略的UT,它继承了UKF的优点,并显著提升了计算效率.仿真结果表明,相对于EKF,采用改进UKF算法训练小波网络,速度更快,精度更高;计算精度与UKF相当,但计算效率较之更高.     

SINS姿态估计的HoMM-UKF模型算法

针对舰船捷联惯性导航系统姿态控制计算精度要求,提出一种高阶矩匹配UKF(high-order moment matching UKF,Ho MM-UKF)的SINS系统四元数模型姿态估计算法.在UKF迭代递推计算过程中利用高阶矩匹配方法计算系统状态参数的预测采样点集及其权值的概率分布平均偏态和峰值,使其精确逼近状态参数最优估计.采用四元数姿态建模方法构建新型SINS状态变量与噪声向量相关的姿态方程模型,利用伪观测向量构建观测噪声与四元数相关的观测方程模型,设计系统噪声方差分离计算算法开展系统噪声方差计算,引入拉格朗日乘子算法计算四元数估计均值,最后利用SINS四元数姿态估计模型对HoMM-UKF算法开展仿真试验研究.通过UKF算法、CDKF算法与HoMM-UKF算法对比,验证了HoMM-UKF算法计算精度高,并且算法计算量负担较小,计算效率较高.     

基于粒子滤波和UKF联合滤波的卫星姿态估计

针对矢量观测的三轴稳定卫星的姿态估计问题,提出了基于粒子滤波(PF)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)的一种联合滤波方法.为了避免粒子滤波的状态高维数引起的计算量过大、难收敛等问题,采用UKF滤波来估计陀螺的漂移,从而使粒子的数量大大减少,以较少的运算量获得较好的滤波效果.另外,通过定义增量误差四元数和采用无冗余的广义罗德里格参数(Generalized Rodrigues Param eters)(三参数)描述卫星姿态,使四元数的归一化处理是隐含的,从而解决了四元数的归一化所造成的协方差阵奇异问题.将该方法应用于某型号卫星的姿态估计,并与UKF相比,即使在较大初始姿态误差情况下,算法也能很快地收敛,验证了所设计的姿态估计算法是可行有效的.     

基于离差差分滤波算法的再入目标状态估计

再入弹道目标的状态估计是个复杂的非线性滤波问题,使用扩展卡尔曼滤波算法（Extended Kalman Filter,EKF）,会引入较大的误差,甚至发散．为了提高估计精度,提出使用离差差分滤波算法（Divided Difference Filter,DDF）对再入弹道目标的状态进行估计．DDF算法使用二阶多维Stirling内插多项式近似非线性状态和测量方程获得状态和方差的估计．该算法只需要计算函数值,避免了求导运算,降低了计算复杂度．Monte Carlo数值仿真表明,离差差分滤波方法降低了再入目标的状态估计误差,提高了估计精度,且运行速度比无迹卡尔曼滤波方法（Unscendted Kalman Filter,UKF）要快的多．     

基于Sigma点H_∞滤波的拟蒙特卡罗粒子滤波算法

在滤波算法中,用Sigma点H∞滤波来产生重要性概率密度函数,由于Sigma点H∞滤波对不确定观测噪声具有较强的鲁棒性,而且在滤波过程中考虑了最新的观测值,因此由其产生的重要性函数更逼近于真实的后验概率分布。同时在重采样阶段,利用拟蒙特卡罗重采样算法进行重采样,有效地克服了粒子退化现象并提高了状态估计精度。仿真结果表明了所提算法的可行性和有效性。     

基于自适应组合滤波的惯性导航系统初始对准方法

针对系统噪声不确定情况下的惯性导航系统非线性初始对准问题,提出了一种基于自适应组合滤波的初始对准方法.首先给出了一种基于Kalman/UKF组合滤波的神经网络实时训练算法;进而提出了基于Kalman/UKF组合滤波的非线性系统状态估计方法,该算法利用神经网络在线估计系统噪声,并利用Kalman/UKF组合滤波在线同时估计初始对准的状态量和神经网络的权值;最后将该算法应用于惯性导航系统非线性初始对准问题中,并进行了仿真研究.仿真结果表明:自适应组合滤波算法不仅保证了初始对准的精度,而且具有更好的实时性,是解决惯性导航非线性初始对准问题的一种有效且实用的方法.     

一种抗"飞点"的UKF算法

为解决“飞点”对滤波效果产生的不利影响，从统计学原理出发，提出一种抗“飞点”的UKF算法．在UKF算法中引入门限函数向量，对新息（innovations）进行控制，既充分利用正常新息确保滤波的精度，又有效抑制异常新息的不利影响，从而达到对“飞点”数据的容错能力．仿真实验验证了抗“飞点”的容错UKF算法的有效性和实用性．     

一种新的高动态全球定位系统频率估计算法

针对常用高动态全球定位系统频率估计算法扩展卡尔曼滤波(EKF)由于对模型进行简单线性化而造成的估计精度低与失锁门限高等缺陷,引入了一种新的线性滤波算法unscented卡尔曼滤波(UKF)进行频率估计．该算法不需要对非线性模型进行线性化,而是利用一系列Sigma采样点,通过unscented变换(UT)来进行状态与协方差阵的递推与更新．仿真实验结果表明新算法的估计精度远高于EKF,失锁门限也比EKF低约1dB,估计性能得到了改善．     

不完全量测下基于信赖域滤波的目标运动参数估计

提出了一种将信赖域滤波应用于不完全量测下的目标运动参数估计的方法,利用工程实测航路数据,与转换量测卡尔曼滤波（CMKF）和无味滤波（UKF）进行了仿真比较。结果表明：基于信赖域滤波的算法优于采用CMKF、UKF的性能,且信赖域滤波计算量小于无味滤波,具有较好的实时性。     

基于改进的迭代容积卡尔曼滤波姿态估计

为了充分利用新的量测信息,提高姿态估计的精度,在分析现有迭代滤波策略存在问题的基础上,采用一种新的容积点迭代策略,将其与容积卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种改进的迭代容积卡尔曼滤波(improved iterated cubature Kalman filter, IICKF)算法．该算法采用容积数值积分理论近似非线性函数的均值与方差,利用状态扩维理论来解决量测迭代中量测噪声与状态相关的问题,同时利用一种新的容积点迭代策略,即在量测迭代过程中直接采用容积点迭代,避免每步迭代都进行均方根计算来产生容积点,克服传统迭代策略是基于高斯近似产生采样点的局限,有效地降低扩维带来的计算量．仿真结果表明：该算法的估计精度高于乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter, MEKF)以及迭代容积卡尔曼滤波(iterated cubature Kalman filter, ICKF)算法,该算法的提出有助于提高姿态估计的精度．     

量测不确定的四元数约束CKF姿态估计

针对姿态估计系统在量测不确定和四元数约束下存在发散及估计精度差的缺陷,提出了一种基于不确定量测的四元数约束容积卡尔曼滤波算法(quaternion constrained cubature Kalman filter based on uncertain measurements,UCCKF).该算法克服了约束容积卡尔曼滤波算法的局限性,采用独立的伯努利随机变量来描述量测的不确定性,利用三阶球面-相径容积规则近似计算非线性函数的后验均值和协方差.并针对四元数规范化问题,采用两步投影理论来解决四元数约束限制.仿真结果表明,相比较于约束容积卡尔曼滤波(constrained cubature Kalman filter,CCKF)和无迹混合滤波(unscented mixture filter,UMF),提出的UCCKF算法在量测不确定情况下具有更好的收敛性和更高的估计精度,说明该算法对量测不确定下的非线性姿态估计系统是有效、可行的.     

四元数约束的容积卡尔曼滤波及其应用

针对一些非线性系统状态变量中存在四元数约束的情况,提出了一种四元数约束下的容积卡尔曼滤波(quaternion constrained cubature kalman filter,QCCKF)算法．基于最小约束代价函数,采用三阶球面-相径容积规则近似计算系统状态的后验均值和协方差,给出了QCCKF滤波递推公式．设计的QCCKF算法可以有效地对状态进行估计,扩展了CKF的应用范围．最后对飞行器姿态估计系统进行仿真,仿真结果表明,该算法估计精度优于常规CKF和无迹四元数估计法(unscented quaternion estimator, USQUE),并满足四元数约束条件,较好地解决了非线性系统存在四元数约束的问题,验证了算法的有效性．     

New sigma point filtering algorithms for nonlinear stochastic systems with correlated noises

New sigma point filtering algorithms, including the unscented Kalman filter (UKF) and the divided difference filter (DDF), are designed to solve the nonlinear filtering problem under the condition of correlated noises. Based on the minimum mean square error estimation theory, the nonlinear optimal predictive and correction recursive formulas under the hypothesis that the input noise is correlated with the measurement noise are derived and can be described in a unified framework. Then, UKF and DDF with correlated noises are proposed on the basis of approximation of the posterior mean and covariance in the unified framework by using unscented transformation and second order Stirling’s interpolation. The proposed UKF and DDF with correlated noises break through the limitation that input noise and measurement noise must be assumed to be uncorrelated in standard UKF and DDF. Two simulation examples show the effectiveness and feasibility of new algorithms for dealing with nonlinear filtering issue with correlated noises.     

Application of Adaptive Reduced Sigma Points Unscented Kalman Filter to the Tracking of Maneuvering Target

Based on the principle of statistical linear regression, a set of n 2 sigma points instead of 2n 1 sigma points used in the unscented Kalman filter (UKF), is constructed to approximate the system state. And filter accuracy is second order. Real-time of modified UKF is improved. In order to describe accurately the maneuvering target, the "current" statistical model is used. And the equation of acceleration error covariance is modified at every sample time of the filter. The modified adaptive UKF is presented for estimating the position, velocity and acceleration of maneuvering target. Monte Carlo simulations show the modified adaptive UKF acquires good performance for tracking position of maneuvering target. The modified adaptive UKF has better computational efficiency than UKF.     

基于自适应UKF的单站无源定位算法

针对无迹卡尔曼滤波(UKF)算法在单站无源定位中滤波的性能容易受到初始值和系统噪声影响的问题,提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波(AUKF)的跟踪算法。该算法利用观测信息和新息,引入自适应因子,对在滤波过程中的误差的协方差矩阵进行合理自适应调整,保证得到较稳定和高精度的滤波值,从而提高算法的鲁棒性。仿真结果表明,该AUKF算法与扩展卡尔曼滤波算法(EKF)及其衍生算法中的修正协方差滤波算法(MVEKF)和UKF算法相比,对系统噪声的鲁棒性更好,体现在滤波的收敛速度和滤波精度等方面都有所提高,是一种性能更加优越的算法。     

基于无味粒子滤波的动态场景下高机动目标跟踪

针对传统粒子滤波的目标跟踪算法存在粒子退化问题,提出了基于无味粒子滤波(UPF)的目标跟踪算法。为了将当前观测信息融入,采用无味卡尔曼滤波(UKF)生成粒子滤波的提议分布,以改善滤波效果。针对目标在机动过程中引起的视觉形变以及背景的变化,又采用了颜色直方图作为目标的颜色分布模型,并与UPF相融合。仿真结果表明,该算法对动态场景下的高机动目标有较好的跟踪效果。     

Adaptive Fault Estimation for Dynamics of High Speed Train Based on Robust UKF Algorithm

This paper proposes an adaptive unscented Kalman filter algorithm(ARUKF) to implement fault estimation for the dynamics of high-speed train(HST) with measurement uncertainty and time-varying noise with unknown statistics. Firstly, regarding the actuator and sensor fault as the auxiliary variables of the dynamics of HST, an augmented system is established, and the fault estimation problem for dynamics of HST is formulated as the state estimation of the augmented system. Then, considering the meas...