基于Sage—Husa滤波的GNSS／INS组合导航自适应滤波

针对GNSS／INS组合导航Kalman滤波中过程状态噪声矩阵难以精确给定的问题，采用Sage—Husa滤波结合观测信息对状态噪声矩阵进行在线估计，减小过程状态噪声不确定的影响。实测结果表明，与基于标称精度给定的标准Kalman滤波相比，基于Sage—Husa滤波的自适应滤波导航精度有明显提高。

改进Sage-Husa滤波及在GPS/INS容错组合制导中的应用

在Sage-Husa滤波基础上,提出了其改进的滤波算法,以解决它在容错性能差和高阶状态阵滤波发散等方面的问题。仿真结果表明,利用改进Sage-Husa滤波可有效提高GPS/INS组合制导的容错性能和精度。

基于指数加权平均的GNSS/SINS组合导航系统Sage-Husa自适应卡尔曼滤波算法

测量噪声异常会导致GNSS/SINS组合导航系统滤波精度下降,甚至滤波发散。为解决该问题,首先提出适用于组合导航系统的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波方法SHAKF;然后根据滤波新息协方差的理论估计值及实际估计值构建控制因子,提出测量噪声均方差突变起始时刻及结束时刻的检测方法,构建基于指数函数变化规律的遗忘因子,进而提出基于指数加权平均的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波方法EWASHAKF;最后将EWASHAKF应用于GNSS/SINS组合导航系统,并进行仿真实验。结果表明,相对于SHAKF,EWASHAKF能够准确地跟踪测量噪声均方差的各种变化,进而提高组合导航系统的滤波精度。

新型Sage-Husa自适应滤波算法的列车测速方法研究

测速准确性是列车行驶安全的重要参量。在列车的实际运行中,传感器受噪声干扰,会导致测速数据出现异常。针对该问题,本文提出了采用新型Sage-Husa自适应滤波方法来去除噪声影响,实现多传感器信息融合,并与传统的卡尔曼滤波算法进行了比较。结果表明,新型Sage-Husa自适应滤波方法更能保证测速测量的准确性。

自适应Sage-Husa粒子滤波及其在组合导航中的应用

针对非线性滤波问题,提出一种新的自适应Sage-Husa粒子滤波算法。通过Sage-Husa滤波方法计算状态估值和协方差阵来获得重要性密度分布函数,充分考虑了最新量测信息的影响,并利用欧氏距离和反映量测噪声统计特性的精度因子自适应地调整粒子权值的分布,降低粒子退化程度,提高了滤波精度,适用于非线性非高斯系统模型的滤波问题。将提出的算法应用于SINS/SAR组合导航系统中,与扩展Kalman滤波和粒子滤波比较,仿真结果表明,自适应Sage-Husa粒子滤波能提高导航系统定位的解算精度,得到的东向和北向定位误差控制在?5.3m附近,其性能明显优于扩展Kalman滤波和粒子滤波。

基于改进Sage-Husa的自适应无迹卡尔曼滤波的锂离子电池SOC估计

扩展卡尔曼滤波(EKF)算法估计锂离子动力电池荷电状态(SOC)时,由于系统噪声的不确定,可能导致估计算法不精确,并且算法中的线性化处理受电池模型的影响很大。为了解决上述两个问题,本文采用改进Sage-Husa的自适应无迹卡尔曼滤波法(AUKF)来动态地估计多元复合锂离子电池的SOC。与EKF相比,改进Sage-Husa的自适应卡尔曼滤波法提高了SOC估计的精度,并能够实时修正微小的模型误差带来的SOC估计误差,实时的工况模拟证明了该算法更适用于多元复合锂离子电池的动态SOC估计。

改进的Sage-Husa自适应滤波及其应用

为防止滤波发散和提高系统的实时性,提出了一种基于协方差匹配技术的自适应滤波方法。该方法将协方差匹配技术和一种简化的Sage-Husa自适应滤波算法相结合,通过滤波的状态确定量测噪声协方差阵的值,在线估计噪声的统计特性实现自适应滤波。将该算法应用到惯导/双星(INS/DS)组合导航系统中,并和简化的Sage-Husa自适应滤波算法进行仿真比较。仿真结果表明,在滤波精度相当的情况下,新算法简化了运算,提高了实时性。

改进型Sage-Husa卡尔曼滤波器在电压暂降检测中的应用

电压暂降是电网中的一个关键电能质量问题。用于电压暂降检测的Sage-Husa型卡尔曼滤波器具有形式简单、计算量小、响应速度快的优点,但在系统阶次较高时容易出现滤波发散的问题。为避免滤波发散,同时进一步提高该滤波器的实时响应速度,改进Sage-Husa型卡尔曼滤波器中的噪声矩阵估计器,给出基于改进后Sage-Husa卡尔曼滤波器的电压暂降快速检测方法,并通过仿真和实验证明了该方法的有效性。与传统的Sage-Husa型卡尔曼滤波器相比,改进后Sage-Husa卡尔曼滤波器避免了滤波发散的现象,同时提高了的响应速度。

基于双旋迫击炮弹平台的改进型Sage-Husa自适应滤波滚转角测量算法

针对传统扩展卡尔曼滤波算法无法消除量测噪声、导致二维弹道修正引信滚转角测量误差偏大问题,利用轴向陀螺的实测转速作为系统噪声补偿,提出一种基于双旋迫击炮弹平台的改进型Sage-Husa自适应卡尔曼滤波滚转角测量算法。相对于传统扩展卡尔曼滤波方法,新算法显著降低了滚转角测量误差,提高了滤波器对于弹道升弧段和降弧段滚转角新息改变的自适应性;以高精度三轴转台作为硬件实验验证平台,该算法始终能够保持较高的测量精度和自适应性。研究结果表明:改进后的Sage-Husa自适应卡尔曼滤波滚转角测量算法在仿真验证中的滚转角测量误差均值为0.26°、标准差为0.35°;硬件实验验证中的滚转角测量绝对误差不超过4.2°.

Sage-Husa随机加权无迹卡尔曼滤波及其在导航中的应用

在吸收Sage-Husa滤波和无迹卡尔曼滤波优点的基础上,利用随机加权估计算法将传统的定义在线性系统上的Sage-Husa噪声估计器推广到非线性系统中,提出一种非线性Sage-Husa随机加权无迹卡尔曼滤波算法。该算法首先利用Sage滤波的开窗平滑方法求得观测残差向量和新息(预测残差)向量的协方差阵;然后用随机加权自适应因子对观测残差和预测残差进行调节;最后对状态预报向量的协方差矩阵进行自适应随机加权估计,以控制观测残差和预测残差对导航精度的影响。计算结果表明,提出的非线性Sage-Husa随机加权无迹卡尔曼滤波算法,滤波精度明显优于无迹卡尔曼滤波和自适应无迹卡尔曼滤波算法,能够提高组合导航的解算精度。

基于Sage-Husa的优化粒子滤波算法

针对非线性系统噪声未知时粒子滤波容易发散或者精度下降的问题,提出一种粒子滤波和改进的Sage-Husa估计器相结合的混合滤波算法。首先用粒子滤波对系统状态进行初步估计,将初步估计值作为次级Sage-Husa滤波器的输入量测值,并与系统状态方程组成新的系统,进而用改进的Sage-Husa算法实时估计系统噪声的统计特性并进行滤波,得到最终的系统状态估计值;为了进一步比较算法的性能,对算法的复杂度进行了定量计算,分析表明优化的算法并未明显提高算法的计算量;最后通过目标跟踪仿真实验验证了算法的有效性。

GNSS/SINS组合导航的改进Sage-Husa自适应滤波算法

针对组合导航系统中标准Sage-Husa自适应滤波算法存在滤波发散的问题,提出一种改进的Sage-Husa自适应滤波算法。首先,对组合导航系统的线性卡尔曼滤波算法采用补偿反馈校正算法获得最优估计,并对滤波器新息向量进行简化;然后,提出一种改进的Sage-Husa自适应滤波算法,该算法具有实现简单并且可以避免状态估计发散的特点;最后,进行基于该算法的GNSS/SINS组合导航实验。结果表明,该算法可以对量测噪声突变方差和缓变方差进行准确跟踪,并且量测噪声方差估计精度与变分贝叶斯滤波方法相当;当量测噪声方差变化时,相对于标准KF算法,该算法可分别提高约20%和21%的位置精度和速度精度,能有效降低未知量测噪声统计特性对组合导航系统滤波精度的影响。

一种简化的SAGE-HUSA卡尔曼滤波

对无人机导航状态进行在线估计时,一般采用简化的数学模型,因此需要采用自适应卡尔曼滤波。目前工程中应用广泛的几种自适应卡尔曼滤波存在各自缺点,对进一步提高无人机导航精度以及实际应用上有不利影响。利用残差变化率在不同飞行状态下的差异,选择估计窗的大小,以此给出一种简化的SAGE-HU-SA卡尔曼滤波算法。仿真结果表明,该方法计算量小、思路清晰,适用于无人机导航的工程实践。

基于改进Sage-Husa自适应滤波的ADCP船速基准精确获取

针对传统Kalman滤波存在的单一固定的误差协方差阵Q、R及观测粗差均会影响声学多普勒流速剖面仪船速滤波性能这一问题,本文结合自适应抗差滤波原理与Sage-Husa算法,通过构建自适应因子与抗差因子,并对Q和R分别增加Kalman滤波的约束条件,设计了一种改进的Sage-Husa自适应滤波算法。在长江口开展的声学多普勒流速剖面仪走航测量实验结果表明,与传统的Kalman滤波方法相比,本文改进方法受粗差影响明显减小;在底质流动速度为分别为5、10、15 cm/s下的船速精度均提高了约2 cm/s,断面流量相对精度则分别提高了0.9%、3.0%和6.0%。对于年均流量为2.8×10^(4)m^(3)/s的长江口这种大型感潮河段来说,本文方法1%~6%的流量相对精度的提高显得必要且有意义。

基于Sage-Husa自适应滤波算法的锂电池荷电状态估计

当噪声的统计特性未知时,基于锂电池的戴维宁等效电路模型并使用扩展卡尔曼滤波(EKF)方法进行在线估算锂电池的荷电状态,会导致精确度迅速下降,容易发散。本文使用Sage-Husa自适应滤波算法来代替扩展卡尔曼滤波算法,并利用Matlab进行建模仿真比较。仿真结果误差大幅度减小,曲线趋于平滑。结果表明,在干扰噪声未知的环境下,基于Sage-Husa自适应滤波的荷电状态估计可以提高荷电状态在线估计的精度。

一种抑制卫星信号野值的改进Sage-Husa滤波方法

针对组合导航中经常出现的卫星信号野值和滤波精度不高的问题,提出了利用Sage-Husa和新息正交性来消除卫星信号野值及抑制滤波器的发散,从而提高导航的精度和稳定性。首先,用改进的新息Sage-Husa卡尔曼滤波器对组合导航系统的测量信号进行滤波处理,其次,引入抗野值判断函数对测量信号进行判断,剔除卫星信号测量过程中的野值。通过跑车试验将新息Sage-Husa滤波与经典的卡尔曼滤波和Sage-Husa滤波的效果进行对比,结果表明改进的滤波算法能够有效地去除卫星野值、提高导航精度。

顾及新息向量的Sage-Husa滤波在手机GNSS定位中的应用

针对手机精密单点定位解算时采用离散线性卡尔曼滤波方法不能充分考虑到手机数据特性,定位时可能引起误差的问题,提出利用新息向量进行手机精密单点定位的方法:给出卡尔曼滤波中新息向量的作用;并结合新息向量抗差卡尔曼滤波和Sage-Husa滤波方法,充分考虑手机观测时数据误差特点,完成手机精密单点定位。实验结果表明,相对于常规离散线性卡尔曼滤波,该方法可以提高平面外符合精度1cm、高程方向外符合精度4cm,能够达到抗差的目的。

基于改进Sage-Husa的GNSS/SINS组合导航系统自适应UKF算法

GNSS/SINS组合导航系统的无迹卡尔曼滤波器(UKF)是以准确的测量噪声统计特性为基础的,当测量噪声统计特性发生变化时,如不对其进行准确的估计,将会导致UKF的滤波性能下降甚至发散。为了解决上述问题,提出了一种基于改进Sage-Husa的GNSS/SINS组合导航系统自适应UKF算法(ISHUKF)。首先,建立了GNSS/SINS非线性组合导航系统的简化UKF模型;然后,在分析组合导航系统中常规Sage-Husa算法存在滤波发散原因的基础上,提出了一种改进的Sage-Husa算法以保证测量噪声估计方差的正定性;最后,进行了GNSS/SINS组合导航系统的仿真实验。实验结果表明,相对于变分贝叶斯算法,ISHUKF对测量噪声方差的估计精度与其大致相同,并且算法更加简单;相对于标准UKF算法,在整个仿真时段内可提高组合导航系统的位置精度、速度精度和姿态精度分别约33%、35%和72%,进而验证了算法的可行性及优越性,并为复杂环境下组合导航系统的滤波方法提供了一种简易的方法。

改进的Sage-Husa滤波及在卫星姿态估计中的应用

基于极大后验估计原理,提出了一种改进的噪声估计器,以实现对噪声均值和方差的在线估计,抑制滤波器发散。对自适应扩展卡尔曼滤波算法在卫星姿态确定系统中的应用进行了仿真。结果表明新算法滤波精度优于扩展卡尔曼滤波(EKF),与Sage-Husa自适应滤波算法相比,可阻止滤波器发散,提高系统滤波精度。

一种Sage-Husa和可观测度的滤波算法研究

针对目标跟踪中过程噪声统计特性未知和状态分量可观测度差而导致滤波精度不高甚至滤波发散的问题,提出了一种复合自适应滤波算法。我该算法在滤波过程中,利用Sage-Husa噪声估计器在线估计过程噪声,用可观测度分析方法抑制状态分量可观测度差对滤波器的不良影响。在滤波过程中实时估计和修正过程噪声的统计特性,同时对观测度差的分量通道进行滤波增益衰减,以减小状态估计误差,提高滤波算法的估计精度。解决了一类过程噪声统计特性未知且系统状态分量可观测度差的状态估计问题。仿真结果显示,提出的复合自适应滤波算法对比传统Sage-Husa滤波和可观测度分析方法能够抑制过程噪声时变和状态分量可观测度差对滤波器的不良影响,具有更高的估计精度。