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Low-cost adaptive square-root cubature Kalman filter forsystems with process model uncertainty 被引量:6
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作者 an zhang shuida bao +1 位作者 wenhao bi yuan yuan 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2016年第5期945-953,共9页
A novel low-cost adaptive square-root cubature Kalmanfilter (LCASCKF) is proposed to enhance the robustness of processmodels while only increasing the computational load slightly.It is well-known that the Kalman fil... A novel low-cost adaptive square-root cubature Kalmanfilter (LCASCKF) is proposed to enhance the robustness of processmodels while only increasing the computational load slightly.It is well-known that the Kalman filter cannot handle uncertainties ina process model, such as initial state estimation errors, parametermismatch and abrupt state changes. These uncertainties severelyaffect filter performance and may even provoke divergence. Astrong tracking filter (STF), which utilizes a suboptimal fading factor,is an adaptive approach that is commonly adopted to solvethis problem. However, if the strong tracking SCKF (STSCKF)uses the same method as the extended Kalman filter (EKF) tointroduce the suboptimal fading factor, it greatly increases thecomputational load. To avoid this problem, a low-cost introductorymethod is proposed and a hypothesis testing theory is applied todetect uncertainties. The computational load analysis is performedby counting the total number of floating-point operations and it isfound that the computational load of LCASCKF is close to that ofSCKF. Experimental results prove that the LCASCKF performs aswell as STSCKF, while the increase in computational load is muchlower than STSCKF. 展开更多
关键词 square-root cubature kalman filter strong tracking filter robustness computational load.
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基于SRCKF算法的多自由度非线性系统动载荷识别方法
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作者 龚璟淳 陈清华 +1 位作者 厉砚磊 王开云 《西华大学学报(自然科学版)》 2024年第1期70-77,共8页
为识别铁道车辆车钩等存在非线性刚度阻尼的单一维度、多自由度系统的外部动载荷,提出一种基于平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法的载荷识别方法。以一个二自由度的非线性弹簧阻尼系统为例,建立包含外部动载荷和系统部件状态变量的非线... 为识别铁道车辆车钩等存在非线性刚度阻尼的单一维度、多自由度系统的外部动载荷,提出一种基于平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法的载荷识别方法。以一个二自由度的非线性弹簧阻尼系统为例,建立包含外部动载荷和系统部件状态变量的非线性过程函数,以各自由度振动加速度为观测量,基于平方根容积卡尔曼滤波算法识别外部动载荷。仿真结果表明,该方法可以较好地识别作用在多自由度非线性系统上的随机载荷,刚度非线性系统和阻尼非线性系统的识别结果相关系数分别为0.997和0.999。 展开更多
关键词 载荷识别 非线性系统 卡尔曼滤波 随机载荷 平方根容积卡尔曼滤波
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Underwater square-root cubature attitude estimator by use of quaternion-vector switching and geomagnetic field tensor 被引量:2
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作者 HUANG Yu WU Lihua YU Qiang 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2020年第4期804-814,共11页
This paper presents a kind of attitude estimation algorithm based on quaternion-vector switching and square-root cubature Kalman filter for autonomous underwater vehicle(AUV).The filter formulation is based on geomagn... This paper presents a kind of attitude estimation algorithm based on quaternion-vector switching and square-root cubature Kalman filter for autonomous underwater vehicle(AUV).The filter formulation is based on geomagnetic field tensor measurement dependent on the attitude and a gyro-based model for attitude propagation. In this algorithm, switching between the quaternion and the three-component vector is done by a couple of the mathematical transformations. Quaternion is chosen as the state variable of attitude in the kinematics equation to time update, while the mean value and covariance of the quaternion are computed by the three-component vector to avoid the normalization constraint of quaternion. The square-root forms enjoy a continuous and improved numerical stability because all the resulting covariance matrices are guaranteed to stay positively semidefinite. The entire square-root cubature attitude estimation algorithm with quaternion-vector switching for the nonlinear equality constraint of quaternion is given. The numerical simulation of simultaneous swing motions in the three directions is performed to compare with the three kinds of filters and the results indicate that the proposed filter provides lower attitude estimation errors than the other two kinds of filters and a good convergence rate. 展开更多
关键词 attitude estimator geomagnetic field tensor quaternion-vector switching square-root cubature kalman filter autonomous underwater vehicle(AUV)
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基于ST-SRCKF的超高速强机动目标跟踪算法 被引量:6
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作者 方君 戴邵武 +2 位作者 许文明 邹杰 王永庭 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1698-1708,共11页
针对超高速强机动目标运动模型难以准确建立且观测数据易出现不良量测而导致滤波发散的问题,提出一种适用于超高速强机动目标的跟踪算法。该算法根据正交性原理推导了一种新的强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(ST-SRCKF)结构,并引入多重渐消... 针对超高速强机动目标运动模型难以准确建立且观测数据易出现不良量测而导致滤波发散的问题,提出一种适用于超高速强机动目标的跟踪算法。该算法根据正交性原理推导了一种新的强跟踪平方根容积卡尔曼滤波(ST-SRCKF)结构,并引入多重渐消因子,渐消因子求解方法和作用位置均不同于已有的ST-SRCKF。根据新息的统计学特性,即新息协方差矩阵的迹服从卡方分布,建立了一种改进的CS-Jerk模型,该模型对目标机动的描述更准确,它与改进ST-SRCKF算法的结合实现了对超高速强机动目标的高精度跟踪。仿真结果表明,改进算法对超高速强机动目标的跟踪性能更佳。 展开更多
关键词 强机动目标跟踪 平方根容积卡尔曼滤波(srckf) 强跟踪滤波(STF) 多重渐消因子 CS-Jerk模型
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强跟踪修正SRCKF算法在单站无源跟踪中的应用 被引量:3
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作者 张卓然 叶广强 赵晓林 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期315-321,共7页
为提升平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法在单站无源跟踪中对机动目标的跟踪性能,提出一种强跟踪修正SRCKF算法。利用标准卡尔曼滤波对状态变量及误差协方差矩阵平方根进行预测,替代原有的容积点加权和的近似计算方法。使用一次状态估计... 为提升平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法在单站无源跟踪中对机动目标的跟踪性能,提出一种强跟踪修正SRCKF算法。利用标准卡尔曼滤波对状态变量及误差协方差矩阵平方根进行预测,替代原有的容积点加权和的近似计算方法。使用一次状态估计值构造新的测量方程,并结合标准卡尔曼滤波进行二次滤波估计,从而提高滤波精度。借鉴强跟踪滤波器思想,将时变渐消因子引入状态预测误差协方差阵的平方根中,实时调整增益矩阵,从而使算法具有自适应跟踪目标能力,增强其应对突变机动的鲁棒性。仿真结果表明,与SRCKF算法相比,该算法在常规机动以及突变机动下都具有更高的跟踪精度。 展开更多
关键词 单站无源跟踪 强跟踪滤波器 平方根容积卡尔曼滤波 状态估计 渐消因子
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基于IRSRCKF高超声速目标跟踪
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作者 李志飞 周宏宇 +3 位作者 张剑云 张正言 马驹 韩旭 《太赫兹科学与电子信息学报》 北大核心 2019年第5期811-817,共7页
以临近空间高超声速目标作为研究对象,提出一种迭代简化平方根容积卡尔曼滤波算法(IRSRCKF)。该算法以平方根容积卡尔曼滤波算法(SRCKF)为理论框架,针对SRCKF算法对于系统的状态方程为线性时需用容积点进行加权求和的缺点,对SRCKF算法... 以临近空间高超声速目标作为研究对象,提出一种迭代简化平方根容积卡尔曼滤波算法(IRSRCKF)。该算法以平方根容积卡尔曼滤波算法(SRCKF)为理论框架,针对SRCKF算法对于系统的状态方程为线性时需用容积点进行加权求和的缺点,对SRCKF算法的时间更新环节线性简化,提高了实时性;结合迭代运算的思想,充分利用量测信息,对量测更新过程进行迭代运算,提高了跟踪精确度。仿真验证结果表明,该算法具有较高的精确性和有效性,为临近空间高超声速目标的跟踪提供了一种新方法。 展开更多
关键词 临近空间 平方根容积卡尔曼滤波器 线性简化 迭代
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基于平方根CKF的多传感器序贯式融合跟踪算法 被引量:7
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作者 刘华 吴文 王世元 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第7期1494-1498,共5页
为了提高非线性序贯式融合跟踪算法的精度,提出了基于平方根容积卡尔曼滤波器的多传感器序贯式融合跟踪算法。该算法使用三阶容积数值积分原则计算非线性过程的均值和方差,克服了扩展卡尔曼滤波器存在的滤波精度低及平方根无迹卡尔曼滤... 为了提高非线性序贯式融合跟踪算法的精度,提出了基于平方根容积卡尔曼滤波器的多传感器序贯式融合跟踪算法。该算法使用三阶容积数值积分原则计算非线性过程的均值和方差,克服了扩展卡尔曼滤波器存在的滤波精度低及平方根无迹卡尔曼滤波器存在的参数复杂的缺点。同时,在滤波递归过程中以协方差平方根矩阵代替协方差矩阵,这样确保了滤波算法的数值稳定性,提高了跟踪的精度。最后用已知弹道系数的再入段弹道跟踪模型对所提算法的性能进行仿真测试。仿真结果表明,所提算法具有很好的跟踪性能,是一种有效的非线性序贯式融合跟踪算法。 展开更多
关键词 多传感器 序贯式融合 平方根容积卡尔曼滤波器 再入段
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基于距离参数化的混合坐标系下平方根容积卡尔曼滤波纯方位目标跟踪 被引量:1
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作者 周德云 章豪 +2 位作者 张堃 张凯 潘潜 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2015年第5期1353-1357,共5页
针对纯方位单站目标跟踪中观测方程非线性且易受滤波初值影响的问题,提出了一种距离参数化混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法。该滤波算法首先将平方根容积卡尔曼滤波算法应用于混合坐标系,比直角坐标系下的平方根容积卡... 针对纯方位单站目标跟踪中观测方程非线性且易受滤波初值影响的问题,提出了一种距离参数化混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法。该滤波算法首先将平方根容积卡尔曼滤波算法应用于混合坐标系,比直角坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波算法能得到更好的跟踪效果;接着将距离参数化思想和混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波算法结合,消除了距离信息不可测对跟踪效果的影响。仿真结果表明,该滤波算法虽略微提升了计算复杂度,但其鲁棒性和滤波精度均有大幅度的提高。 展开更多
关键词 纯方位跟踪 混合坐标系 距离参数化 平方根容积卡尔曼滤波 鲁棒性
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基于修正的自适应平方根容积卡尔曼滤波算法 被引量:7
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作者 李春辉 马健 +3 位作者 杨永建 肖冰松 邓有为 盛涛 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期1824-1830,共7页
目标建模不确定性会造成滤波算法性能下降,通过构建强跟踪滤波器(strong tracking filter,STF)可以提升滤波算法的自适应性,但是构建STF时存在理论推导复杂、求解计算量大等局限和不足,针对上述问题,在平方根容积卡尔曼滤波(square-root... 目标建模不确定性会造成滤波算法性能下降,通过构建强跟踪滤波器(strong tracking filter,STF)可以提升滤波算法的自适应性,但是构建STF时存在理论推导复杂、求解计算量大等局限和不足,针对上述问题,在平方根容积卡尔曼滤波(square-root cubature Kalman filter,SRCKF)的基础上,提出一种基于修正的自适应SRCKF算法。该算法通过设置判定门限和修正准则,直接对状态预测值或滤波增益进行修正以平衡先验的预测值和后验反馈的量测值在滤波中所占的比重,进而减小状态估计误差。仿真结果表明,所提算法具有在目标状态突变和量测非线性时的良好滤波性能和数值稳定性,同时相比较需要计算渐消因子的STF算法,该算法在计算量和收敛速度上具有优势。 展开更多
关键词 目标建模 平方根容积卡尔曼滤波 修正算法 自适应滤波
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强跟踪自适应SRCKF的卫星姿态确定算法 被引量:3
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作者 袁晓波 张超 詹银虎 《测绘科学》 CSCD 北大核心 2018年第3期6-12,共7页
针对卫星星敏感器/陀螺姿态确定系统在空间中存在模型不确定性、状态突变和不良测量问题,该文提出了基于强跟踪自适应平方根容积卡尔曼滤波器(STSRCKF)的卫星姿态确定算法。在平方根容积卡尔曼滤波的基础上,通过引入渐消因子,解决了由... 针对卫星星敏感器/陀螺姿态确定系统在空间中存在模型不确定性、状态突变和不良测量问题,该文提出了基于强跟踪自适应平方根容积卡尔曼滤波器(STSRCKF)的卫星姿态确定算法。在平方根容积卡尔曼滤波的基础上,通过引入渐消因子,解决了由于模型不确定和状态突变引起的精度下降、稳定性差和收敛慢的问题;通过增加异常检测和引入自适应因子,获得了应对不良测量的良好跟踪能力。通过仿真实验对算法进行了验证。 展开更多
关键词 强跟踪自适应滤波器 srckf 卫星姿态确定系统 鲁棒性
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SCKF-STF-CN:a universal nonlinear filter for maneuver target tracking 被引量:20
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作者 Quan-bo GE Wen-bin LI Cheng-lin WEN 《Journal of Zhejiang University-Science C(Computers and Electronics)》 SCIE EI 2011年第8期678-686,共9页
Square-root cubature Kalman filter (SCKF) is more effective for nonlinear state estimation than an unscented Kalman filter.In this paper,we study the design of nonlinear filters based on SCKF for the system with one s... Square-root cubature Kalman filter (SCKF) is more effective for nonlinear state estimation than an unscented Kalman filter.In this paper,we study the design of nonlinear filters based on SCKF for the system with one step noise correlation and abrupt state change.First,we give the SCKF that deals with the one step correlation between process and measurement noises,SCKF-CN in short.Second,we introduce the idea of a strong tracking filter to construct the adaptive square-root factor of the prediction error covariance with a fading factor,which makes SCKF-CN obtain outstanding tracking performance to the system with target maneuver or abrupt state change.Accordingly,the tracking performance of SCKF is greatly improved.A universal nonlinear estimator is proposed,which can not only deal with the conventional nonlinear filter problem with high dimensionality and correlated noises,but also achieve an excellent strong tracking performance towards the abrupt change of target state.Three simulation examples with a bearings-only tracking system are illustrated to verify the efficiency of the proposed algorithms. 展开更多
关键词 Nonlinear system Maneuver target tracking Correlated noises square-root cubature kalman filter (SCKF) Strong tracking filtering (STF)
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基于AR模型的非线性目标跟踪自适应算法 被引量:2
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作者 钱华明 陈亮 杨峻巍 《华中科技大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期52-56,共5页
针对Jerk模型中各参数设置不合理对跟踪系统所造成的影响,提出一种基于自回归(AR)模型的Jerk参数自适应改进算法,实时估计并调整系统的参数,提高系统的跟踪精度及稳定性;同时,针对非线性目标跟踪系统扩展卡尔曼滤波算法(EKF)计算复杂跟... 针对Jerk模型中各参数设置不合理对跟踪系统所造成的影响,提出一种基于自回归(AR)模型的Jerk参数自适应改进算法,实时估计并调整系统的参数,提高系统的跟踪精度及稳定性;同时,针对非线性目标跟踪系统扩展卡尔曼滤波算法(EKF)计算复杂跟踪精度低,提出采用平方根容积卡尔曼滤波器(SRCKF)进行状态估计,保证跟踪系统的精度和鲁棒性,为Jerk模型参数自适应提供良好条件.仿真结果验证了算法的有效性. 展开更多
关键词 机动目标跟踪 非线性滤波 自回归(AR)模型 JERK模型 平方根容积卡尔曼滤波器(srckf) 自适应算法
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双星编队对空间非合作目标的仅测角跟踪方法 被引量:2
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作者 姚培东 李星秀 +1 位作者 吴盘龙 苏鼎 《导航与控制》 2020年第2期27-34,66,共9页
针对单星仅测角对目标跟踪误差较大和不良测量条件下跟踪精度下降的问题,提出利用编队卫星对非合作目标进行联合跟踪的方法。采用考虑地球非球形J2引力摄动的轨道动力学模型,建立多视线测量模型,融合编队卫星对目标的观测数据。然后,基... 针对单星仅测角对目标跟踪误差较大和不良测量条件下跟踪精度下降的问题,提出利用编队卫星对非合作目标进行联合跟踪的方法。采用考虑地球非球形J2引力摄动的轨道动力学模型,建立多视线测量模型,融合编队卫星对目标的观测数据。然后,基于新息设计增益调节矩阵提高滤波器在测量故障条件下的鲁棒性。最后,建立仿真模型进行验证。仿真结果表明,相比单星跟踪,该方法的位置误差和速度误差分别减少了27.06%和26.96%。在系统存在异常量测时,相比常规滤波,该方法也具有更高的精确性和更好的鲁棒性。 展开更多
关键词 空间非合作目标 卫星编队 平方根容积kalman滤波 联合跟踪 仅测角
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