基于容积变换的平滑变结构滤波及应用

针对非线性系统状态估计中,平滑变结构滤波(smoothing variable structure filter,SVSF)算法要求系统是连续可微的且需要计算系统Jacoby矩阵的问题,提出了基于球面径向基容积规则的平滑变结构滤波(cubature-smoothing variable structure filter,C-SVSF)算法,该算法避免了对非线性系统Jacoby矩阵的计算;同时受计算机计算字长的限制,算法会有一定的舍入误差,误差的积累有时会导致协方差矩阵失去非负定性和对称性,从而使得滤波计算发散。因而进一步提出了C-SVSF的平方根形式,即平方根容积平滑变结构滤波算法。最后在动力定位船状态估计仿真实验中,说明了算法的有效性。

相关噪声下非线性滤波及在动力定位中的应用

针对实际系统状态估计具有互相关噪声的情况,研究了互相关噪声下非线性系统状态估计问题.首先基于贝叶斯理论推导出新的互相关噪声下的贝叶斯估计算法.然后使用三阶球面径向基(spherical-radial)规则计算贝叶斯估计中的非线性积分,当噪声互相关时,基于扩展卡尔曼滤波的思想分别计算状态矩阵和观测矩阵的Jacobi矩阵,可得互相关噪声下的容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filtering with one-step auto-correlated and two-step crosscorrelated noise,CKF--CCN);当噪声不相关时,可得容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filtering,CKF)及其平方根形式(SCKF).最后通过动力定位系统仿真实验,表明提出的CKF-CCN的估计精度要高于SCKF和仅考虑一步互相关的平方根容积卡尔曼滤波(SCKF-CN).

动力定位冗余测量系统的模糊自适应融合算法

针对船舶动力定位的冗余测量系统,基于模糊自适应滤波和滤波器可信度的模糊评判,建立了多传感器数据融合算法。该方法与线性或非线性系统状态估计相结合,构成模糊自适应融合算法。通过监测滤波新息的均值和分歧度,应用模糊推理系统在线调节测量噪声协方差矩阵,从而抑制滤波发散;构建新的数据质量函数和子系统故障检测函数,根据检测结果自适应地选择子系统构建全局融合体系;利用子系统滤波的新息分歧度比值和状态估计误差的协方差,模糊评判各子系统滤波的可信度,由此计算相应的信息分配系数,实现全局融合。通过转台半实物仿真,验证了该算法的有效性。

多路心电信号采集与监测系统

多路心电信号采集与监测系统是为使一个医生同时监测多位患者的心电信号而研制的设备 ,它能够将多路声音信号转变成电信号 ,最后变成便于存储与显示的数据信息 ;该系统由A/D选择控制电路和监控计算机组成 ;在硬件系统中采集电路、下位单片机控制电路、上位监控计算机之间采用光电隔离 ,使其设备具有安全可靠的特点 ;

基于海况分级的船舶动力定位切换控制

为了使动力定位船舶可以在变化海况下持续稳定运行,本文建立了基于切换规则的多控制器系统对动力定位船舶进行控制。为了保证各控制器之间可以平滑切换,提出了一种基于积分特性的滞后切换规则。根据切换规则来选择与实际系统最接近的控制器作为当前控制器。文中证明了该切换规则可以保证整个系统的稳定性。通过仿真验证了该方法的有效性。

工作母船综合操纵系统副控台控制与显示方法

本文描述了工作母船动力定位副控台系统。主要介绍了船舶定位副控台与液晶显示的原理,其特点是体积小、安装和操作方便、信息显示直观。

基于改进高斯粒子滤波的船舶非线性状态估计

针对标准粒子滤波的粒子贫化问题,提出一种基于改进高斯粒子滤波(Improved Gaussian Particle Filter,IGPF)的船舶非线性状态估计器。首先基于序贯重要性采样(Sequential Important Sampling,SIS)的理论框架,给出标准粒子滤波(Particle Filter,PF)算法,然后在此基础上用高斯分布来作为重要性分布给出高斯粒子滤波(Gaussian Particle Filter,GPF),并将Unscented卡尔曼滤波用于重要性密度函数形成IGPF,应用于动力定位船的状态估计。仿真结果表明,基于IGPF的非线性状态估计器能有效避免粒子贫化、估计船舶状态,并对观测野值有一定的鲁棒性。

多维置信距离方法的研究

在多传感器融合过程中；概率计算法被广泛使用，本文用两个概率分布曲线之间的“置信距离”测量方法去判断传感器信息的可信性，然后用总概率最大值法对数据进行融合。

基于滞后-停留时间切换控制的输入受限系统

针对监督控制系统输入受限时的切换问题,利用小增益控制法为系统构造多个控制器,并提出一种新的切换逻辑.该切换逻辑可以避免切换系统出现频繁切换,还可以保证系统不会因滞后参数选取的不当而错失切换到最佳的控制器.文中利用积分输入-状态稳定性原理证明了该切换逻辑可以保证闭环系统的稳定性.最后对一组输入约束小增益控制系统进行计算机仿真验证,仿真结果表明了该切换逻辑的有效性.

互相关噪声下动力定位船艏向估计方法

实际系统中的噪声具有一定的相关性,通常不满足独立高斯白噪声的假设。研究了具有相关噪声的动力定位船舶艏向估计问题,首先建立船舶艏向运动状态方程,假设状态噪声和测量噪声是一步自相关和两步互相关的。然后基于新息分析的方法,通过使用投影定理,分别计算出滤波增益矩阵和预测增益矩阵,建立状态预测更新方程和估计误差协方差预测更新方程。最后,通过状态预测值,得到对应的状态估计值,进而得到了一种相关噪声下的滤波算法。通过仿真实验,进一步验证了所提算法的有效性。

多速率传感器不完全测量数据自适应融合算法

针对不完全测量的多速率传感器系统,建立了自适应的分级融合算法。该算法构建了传感器子系统故障检测方法,检测子系统故障,确认不完全测量,避免单点故障污染整个系统;建立子系统的切换控制逻辑,引入映射矩阵,构成新的信息分享系数,自适应地选择子系统参与中心融合;对于不完全测量信息的传感器子系统,利用子滤波预测值代替估计值进行融合;全局状态估计利用各子系统的当前与前一时刻的估计值,提高了融合性能。对建立的算法进行仿真,验证了该算法的有效性。

热管温度监测与控制系统

本文介绍了热管性能分析的多通道数据监测与控制系统，用16位单片机进行温度监测与控制，可以减少人为的精度低，瞬时性差，数量少，可靠性低等缺点。

强跟踪自适应平方根容积卡尔曼滤波算法

针对强跟踪滤波器(STF)的理论局限性及不良测量导致的滤波性能下降问题,提出了一种强跟踪自适应平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法.利用新息协方差匹配原理,建立对不良测量具有鲁棒性的自适应SRCKF.基于STF的理论框架,采用自适应SRCKF代替扩展卡尔曼滤波构建强跟踪自适应SRCKF.该算法兼具STF与自适应SRCKF的优点,在系统同时存在模型不确定性及不良测量时具有良好的滤波性能.仿真验证了所建算法的有效性.

船舶动力定位多传感器闭环分级融合算法

为了改善船舶动力定位多传感器的融合性能,提出了一种多传感器闭环分级融合算法.该算法包括基于卡尔曼滤波的局部和全局两级估计,以全局融合信息的反馈作为局部估计的初始值进行时间更新,定义两级估计的映射关系并引入调节系数,自适应地调节全局融合增益.全局估计融入各局部估计过程中,两级估计组成了一个相互补偿的闭环系统.利用船舶半实物仿真系统的试验,仿真验证了该算法的有效性.

强跟踪SRCKF及其在船舶动力定位中的应用

针对平方根容积卡尔曼滤波器(SRCKF)在定位系统船舶模型不确定时存在滤波精度下降甚至发散的问题,提出了一种具有强跟踪性能的SRCKF算法。基于强跟踪滤波器(STF)的理论框架,采用三阶球面径向容积规则代替STF中的雅克比矩阵计算,结合渐消因子的等价表述,构建强跟踪SRCKF。基于滤波收敛判据和渐消记忆滤波思想,分析了强跟踪SRCKF的收敛性。强跟踪SRCKF兼具STF鲁棒性强、SRCKF滤波精度高和实现简单的优点,有效克服了STF的理论局限性及SRCKF在系统模型不确定时滤波性能下降的缺点。利用船舶陆上仿真系统进行试验,证明了强跟踪SRCKF的有效性。

基于鲁棒CKF的多传感器全信息融合算法

为了克服不良测量的影响,改善多传感器的融合性能,提出一种基于鲁棒容积卡尔曼滤波(CKF)的多传感器全信息融合算法。基于新息协方差匹配原理构建鲁棒CKF,定义数据质量检测函数,根据测量数据质量选择鲁棒CKF或标准CKF作为子系统最优滤波算法。基于多传感器融合信息,建立子系统软故障检测算法;定义子系统故障系数,通过系统重构实现故障子系统的隔离。利用多传感器系统所能提供的最多信息,建立全信息融合算法。将所建算法应用于船舶动力定位测量系统的仿真实验中,与CKF、局部估计加权融合算法进行比较。仿真结果表明,鲁棒CKF及软故障检测函数提高了子系统的滤波鲁棒性,全信息融合算法进一步改善了系统的融合性能。仿真结果验证了所建算法的有效性。

自学习模糊控制器在锅炉水位控制中的应用

本文针对船用锅炉水位控制问题，提出一种学习模糊控制器，介绍了自学习方法及变量的归一模糊化，针对某船主锅炉进行了仿真研究，并给出了仿真结果。

基于粒子群优化算法的海浪方向谱估计

为解决当前测量设备在估计海浪方向谱方面存在的易损坏、易丢失且费用昂贵等问题,利用船舶运动响应数据通过参数化方法对海浪方向谱进行估计,并提出粒子群优化算法对八参数海浪方向谱模型进行参数整定,该方法只需要简单的测量设备和硬件即可完成方向谱的估计工作.最后利用实船数学模型对2种海况情况进行了仿真验证,仿真结果表明该方法可以精确地估计出海浪方向谱.

气垫船视景模拟系统研究与设计

根据气垫船操纵模拟器的实际训练需要,给出其视景仿真的功能要求,确定了系统总体设计框架,基于软件平台Multi-Gen CreatorPro和Vega及OpenGL语言开发出气垫船操纵模拟器虚拟视景仿真系统。详细阐述了陆地场景构建、海浪生成、海岸带的生成、三点海面匹配法、六点地形匹配法等系统所采用的关键技术,最终建立了逼真的海陆环境,并实现了气垫船海面上和各种复杂陆地上的运动位姿实时调整,真实反映气垫船的运动姿态。仿真结果表明,该系统能满足气垫船操纵模拟器的逼真性、实时性和交互性要求。

实时多任务动力定位计算机系统

介绍了在实时多任务多用户操作系统iRMX支持下，实时多任务动力定位计算机系统的设计目的、要求及硬件环境组成，重点讨论动力定位系统软件的功能实现、任务划分以其系统评价．