基于多传感器信息融合城市车辆导航定位

针对全球定位系统信号易受城市复杂的环境干扰,接收不可靠、航位推算只能进行短时间高精度导航、地图匹配仅可在拐弯处才能提供与地图精度相当的修正信息、城区车辆导航存在“盲区”问题,研制了采用蓝牙技术的新型路标传感器,研究了基于自适应联合卡尔曼滤波算法的多传感器信息融合技术。大量的试验研究表明：采用该信息融合技术后,城区车辆导航定位精度达到10m以内,符合高精度导航定位要求。     

基于异类传感器观测信息融合的UKF算法

针对传统的目标跟踪无迹卡尔曼滤波(UKF)滤波算法中,多传感器信息融合的前提是所有的传感器观测信息及维数相同,不适用于由多异类传感器组成的观测系统,提出一种改进的UKF滤波算法,以多异类传感器观测量扩展融合后的融合信息为新观测量建立混合坐标系下的非线性测量方程。通过仿真验证,提出的算法可以有效降低目标定位误差。     

基于无迹卡尔曼滤波的被动多传感器融合跟踪

针对被动传感器观测的非线性问题,将无迹变换引入卡尔曼滤波算法中.进一步,针对其弱可观测性,采用多个被动传感器集中式融合跟踪策略,提出了基于无迹卡尔曼滤波的被动多传感器融合跟踪算法.以3个被动站跟踪为例进行仿真研究,结果表明所提出的算法可达到比经典的扩展卡尔曼滤波算法更高阶的跟踪精度.     

基于自适应卡尔曼滤波的导航信息融合方法

针对组合导航系统在测量噪声未知的情况下,常规自适应卡尔曼滤波方法的实时性难以满足的问题,提出了一种实时的自适应卡尔曼滤波方法.该方法通过一个简单的指数函数实时调节卡尔曼滤波模型中的测量噪声协方差矩阵,将测量噪声的理论协方差矩阵与实际协方差矩阵的差值作为指数函数的输入,将函数的输出值与上次测量噪声的协方差矩阵之和送入卡尔...     

双层无迹卡尔曼滤波

针对无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman fllter,UKF）在强非线性系统中估计效果差的问题,提出了双层无迹卡尔曼滤波（Double layer unscented Kalman filter,DLUKF）算法,该算法用带权值的采样点表征先验分布,而后用内层UKF算法对每个采样点进行更新,最后引入外层UKF算法的更新机制得到估计值和估计协方差.仿真结果表明,相比于传统算法,所提的DLUKF算法可以在较低计算负载下获得较高滤波估计精度.     

加权观测融合非线性无迹卡尔曼滤波算法

针对非线性系统的无迹卡尔曼滤波器(UKF),应用加权最小二乘(WLS)法,提出了加权观测融合UKF滤波算法.证明了加权观测融合UKF滤波算法与集中式观测融合UKF滤波算法在数值上的完全等价性,因而具有全局最优性.一个带两传感器非线性系统的仿真例子说明了两种融合算法的有效性及等价性.     

基于容积卡尔曼滤波的异类多传感器一致性融合算法

针对单一光频传感器获取目标特征信息存在的不一致性,提出一种基于容积卡尔曼滤波的异类多传感器一致性融合方法。首先,从原理上分析了激光、红外与雷达三类传感器量测信息的特征及其存在的差异,进而在容积卡尔曼滤波框架下,针对雷达、红外和激光探测等组成的典型目标侦测系统,结合一致性融合策略,通过对目标距离和方位信息融合处理改善目标状态估计精度。仿真结果表明：相对于传统的单传感器滤波方法,所提出的融合方法和策略具有较好的滤波性能。     

采用卡方检验的模糊自适应无迹卡尔曼滤波组合导航算法

针对低成本惯性测量单元精度受载体机动影响大、先验知识难以准确获知的问题,提出一种采用卡方检验的模糊自适应无迹卡尔曼滤波组合导航算法.首先,根据惯性测量单元的基本情况构造系统噪声的粗略模型;然后,引入卡方检验对系统状态模型进行评估,得到相应的卡方检验值;最后,通过预设的模糊逻辑函数和卡方检验值求取系统噪声估计值,得到具有系统噪声统计特性调整的自适应无迹卡尔曼滤波算法.所提出的算法可以克服低成本惯性测量单元难以准确获知先验知识的缺陷.通过SINS/GPS组合导航系统的仿真实例,验证了所提出算法的有效性.     

适用于稀疏动态无线传感器网络的并行融合分布式无迹信息滤波算法

稀疏和随机动态变化是实际无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)中普遍共同存在的两种通信拓扑不稳定因素,使基于一致性算法的分布式无迹信息滤波(distributed unscented information filter,DUIF)算法适用于稀疏动态WSN,将极大提高其实用性.为此,本文提出一种并行融合DUIF(parallel fusion DUIF,PF–DUIF)算法.在PF–DUIF算法中,通过将实时局部后验估计均值和协方差用于局部无迹信息滤波器(local unscented information filter,LUIF)的Sigma点采样,使LUIF和加权平均一致性滤波器(weighted average consensus filter,WACF)得以并行运行,从而有效抵制由通信拓扑随机动态变化带来的较大一致跟踪误差的困扰;同时,WACF通过对LUIF输出的无偏局部信息矩阵和向量分别进行平均一致性滤波,最终得到不包含由稀疏通信拓扑引起的平均一致误差的分布式后验估计结果;进而,建立即时更新机制有效抑制随机动态通信拓扑引起的PF–DUIF算法滤波异步问题,同时,基于稀疏动态WSN的平均网络模型,在通信能量消耗受限条件下优化WACF均方收敛速率,从而提高PF–DUIF算法的整体滤波效率.仿真实验结果表明,PF–DUIF算法能够有效应用于稀疏动态WSN机动目标跟踪.     

基于卡尔曼滤波的数据融合算法与应用研究

针对无人机飞控系统对输入的多传感器信息融合时传统卡尔曼滤波算法容易出现滤波发散,滤波精度和系统的实时性降低的问题,研究了一种改进的自适应滤波算法,可以让数据融合后的信息精度更高,实时性更强。改进的算法是在Sage-Husa滤波的基础上引入滤波收敛性判据,并提出了基于改进的Sage-Husa滤波算法的联邦卡尔曼滤波器的设计,可以抑制滤波发散,提高滤波精度和稳定性。同时引入强跟踪滤波算法的思想,调整增益矩阵,改进滤波算法,提高系统突变情况下的滤波处理能力。最后,通过对特定的自主避障系统用改进后的算法与传统卡尔曼滤波算法进行MATLAB仿真比较,仿真结果显示改进的自适应滤波算法在系统模型参数失配和实变噪声情况未知时,可以较好地保持滤波的精度和实时性。     

基于正交差分演化无迹卡尔曼滤波的短时交通流量预测算法

针对复杂交通路段下的短时交通流量模型的参数估计问题,建立了基于宏观交通流量预测的状态空间模型,提出了基于正交自适应差分演化的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,解决交通流量预测动态模型的参数优化问题.对差分演化算法(DE)的初始化过程,使用基于正交设计和量化技术的交叉算子最大限度地提高种群的多样性,平衡差分演化算法的开采性和勘探性,更高效地搜索无迹卡尔曼滤波的模型参数.并针对UKF、DE的不同情况,分别采用不同的自适应策略提高调节算法性能.实验结果表明,相对于单独使用随机分布的方式初始化,或者根据经验设置模型参数的方法,使用正交设计方法的初始化策略、变异算子以及参数自适应控制策略的差分演化算法能够有效地节省计算资源,提升预测性能和精度,具有更高的鲁棒性.     

基于序贯无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法

提出一种基于序贯无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法。雷达跟踪系统为离散非线性系统,传统的解决方法是使用扩展卡尔曼滤波。无迹卡尔曼滤波用少量采样点表示随机变量的分布,通过非线性系统传播,能以三阶精度获得非线性变换的均值和方差的估计。为了提高无迹卡尔曼滤波的精度,用序贯无迹卡尔曼滤波方法依次处理方位角、俯仰角和距离,来进行雷达目标跟踪。通过Monte Carlo仿真,验证了该滤波算法比传统的扩展卡尔曼滤波具有更高的滤波精度和更高的计算效率。     

Maximum correntropy unscented filter

The unscented transformation (UT) is an efficient method to solve the state estimation problem for a non-linear dynamic system, utilising a derivative-free higher-order approximation by approximating a Gaussian distribution rather than approximating a non-linear function. Applying the UT to a Kalman filter type estimator leads to the well-known unscented Kalman filter (UKF). Although the UKF works very well in Gaussian noises, its performance may deteriorate significantly when the noises are non-Gaussian, especially when the system is disturbed by some heavy-tailed impulsive noises. To improve the robustness of the UKF against impulsive noises, a new filter for non-linear systems is proposed in this work, namely the maximum correntropy unscented filter (MCUF). In MCUF, the UT is applied to obtain the prior estimates of the state and covariance matrix, and a robust statistical linearisation regression based on the maximum correntropy criterion is then used to obtain the posterior estimates of the state and covariance matrix. The satisfying performance of the new algorithm is confirmed by two illustrative examples.     

无线传感器网络节点分布式信息融合算法研究

节省能耗和延长网络寿命是无线传感器网络研究的核心课题之一,国内外在节点放置、路由策略方面有大量研究,通过密度控制、分级簇等路由算法减少数据冗余。通过信息融合算法减少有效数据传输量是延长网络节点寿命的有效途径,并就此进行具体研究,提出了三种典型的分布式信息融合算法,即系数加权融合、无反馈的Kalman融合滤波及有反馈的Kalman融合滤波,并对其在805.12.4/ZigBee温度测量网络应用层协议中进行实现,最后通过运算数据结果对三种算法进行了比较分析及有效性、局限性总结。     

快速信息融合Kalman滤波器

应用现代时间序列分析方法,在标量加权线性最小方差融合准则下,提出一种多传感器快速信息融合稳态Kalman滤波器.基于ARMA新息模型计算稳态Kalman滤波器增益,提出了计算传感器之间的滤波误差方差阵和协方差阵的Lyapunov方程,它可用迭代法求解,并证明了迭代解的指数收敛性.与基于Riccati方程按矩阵加权的信息融合Kalman滤波器相比,可明显减小计算负担,便于实时应用,可用于设计含未知噪声统计系统的信息融合自校正Kalman滤波器.最后以目标跟踪系统的一个仿真例子说明了其有效性.     

基于卡尔曼的无线传感器网络时空融合研究

无线传感器网络(WSNs)因其传感节点数目多,且节点易受环境干扰出现故障或失效的特点,对融合技术提出了新的要求。引入中值滤波,利用其良好的抑制脉冲噪声能力,结合卡尔曼滤波开发适用于WSNs的融合算法。采用时空分级融合减少集中计算量,使网络具有实时处理能力。算法具有容错能力,可提高网络鲁棒性。仿真结果表明了算法的有效性。