基于Vold-Kalman滤波的阶次分析系统设计与实现

针对传统计算阶次分析方法分辨率低,且无法分辨密集阶次与交叉阶次等缺陷,引入Vold-Kalman滤波阶次分析理论。并通过虚拟仪器技术对上述理论进行编程实现,设计开发了一套阶次分析系统。在仿真实验与实际应用中表明,该方法能有效解决"频率模糊"问题,与传统计算阶次分析相比,可大幅提高阶次谱分辨率,且系统操作快捷方便,分析结果准确可靠。

基于同步提取变换与Vold-Kalman滤波的燃机阶次跟踪方法研究

针对管道、船舶、航空等行业使用的燃气轮机转速频繁变化,难以提取振动信号中目标阶次成分的问题,对燃机振动信号阶次跟踪方法进行了研究,提出了一种基于同步提取变换与Vold-Kalman滤波的燃气轮机振动阶次跟踪方法。首先,对振动加速度信号进行了积分,得到了转子工频成分明显的振动速度信号;然后,参考同步性较差的转速数据在振动速度信号中使用同步提取变换的方法,提取了瞬时频率,即同步精确的转子工频;将振动加速度或速度信号与转子工频作为输入,利用Vold-Kalman滤波阶次跟踪方法,提取了目标阶次成分的时域波形;最后,将该方法应用于实际燃机的振动数据分析中。研究结果表明:该方法能够准确、有效地提取出燃机目标阶次时域波形,可为振动状态监测及预警提供数据支撑。

基于阶次谱的Vold-Kalman滤波带宽优选方法

Vold-Kalman滤波阶次跟踪分析技术以其能够在时域中提取阶次分量,同时避免了传统计算阶次分析的重采样和时、阶次域变换带来的误差等优点,已经成为了一种重要的非平稳状态下旋转机械的故障诊断方法。滤波带宽作为Vold-Kalman滤波阶次跟踪分析技术实现过程的核心参数,决定了该方法分析结果的准确性和稳定性,然而目前针对滤波带宽的选择主要依靠实践经验确定,严重制约了该方法的深入研究和实践应用。因此提出了一种基于阶次谱的Vold-Kalman滤波带宽优选方法,该方法结合了阶次数据的时域、阶次域的特点,并利用标准差指标,实现监测过程可控的Vold-Kalman滤波阶次跟踪分析。该方法可以根据不同故障类型以及使用者精度要求对滤波带宽进行适时更新,具有很大的应用价值。最后通过实验数据说明了该方法的实现过程及其有效性。

Vold-Kalman滤波和高阶能量分离在时变工况行星齿轮箱故障诊断中的应用研究

时变工况下的行星齿轮箱振动信号具有明显的时变调制特点,常规的频谱分析方法难以识别齿轮故障特征频率。提出了基于Vold-Kalman滤波和能量分离的时频分析方法,识别行星齿轮箱的时变特征频率,诊断齿轮故障。与传统的时频分析方法相比,基于Vold-Kalman滤波和能量分离的时频表示具有良好的时频分辨率,而且没有交叉项干扰,能够有效提取非平稳信号中的时变频率成分。分析了行星齿轮箱时变工况下的实验信号,准确地诊断了齿轮故障,验证了该方法的有效性。

基于瞬时频率估计与Vold-Kalman滤波的铣削颤振识别

颤振严重制约了高速铣削加工效率。动态铣削力信号具有非线性、非平稳的特点,常规的信号分解方法难以处理该类信号。提出了一种基于瞬时频率估计和Vold-Kalman滤波的多分量信号分解方法,并运用该信号分解方法识别颤振。基于频谱集中性指标估计信号的瞬时频率参数;用Vold-Kalman滤波器提取对应参数的各信号分量;由于颤振时铣削力信号的能量分布在频域发生变化,由此引入能量熵的定义。采用分解得到的子信号能量熵变化来识别颤振。实验分析表明该方法有效可行。

基于Vold-Kalman滤波的光栅谐波动态抑制方法

谐波信号失真问题,是影响光栅位移传感器测量精度及分辨力的关键因素之一。针对光栅变速运动情况下的谐波动态抑制难题,探索Vold-Kalman滤波在光栅信号处理中的应用。阐述了Vold-Kalman滤波的基本原理,建立了基于Vold-Kalman滤波的光栅谐波抑制模型,优化设计了Vold-Kalman滤波器的权重因子,开发了基于Labview+FPGA的Vold-Kalman滤波电路,并在光栅信号处理中进行了实验验证。仿真结果表明,经Vold-Kalman滤波后,三次谐波的幅值下降约95%,五次谐波的幅值下降约98%。实验结果表明,经Vold-Kalman滤波后,三次谐波的幅值下降约71.3%,五次谐波的幅值下降约83.2%。仿真及实验结果均证明了Vold-Kalman滤波在光栅谐波动态抑制中的有效性。

基于多端口参数提取和主动空间映射法的腔体滤波器设计

为提高微波腔体滤波器的设计效率,文中提出了一种基于多端口参数提取和空间映射法的滤波器快速设计方法。通过添加额外内部端口提取腔体滤波器电磁模型的Y参数,从而计算出耦合矩阵,再结合空间映射法将求解滤波器理想尺寸问题转换为逼近理想耦合矩阵问题。最后设计并加工了一款四阶同轴腔体滤波器,在初值偏差很大的情况下,经过四次迭代即可得到满足指标的滤波器物理尺寸,实物调试结果和仿真结果一致性良好,从而证明了文中方法的快捷有效。

稀疏约束与时间一致的背景感知相关滤波目标跟踪

背景感知滤波算法通过循环移位采集真实负样本,有效解决了边界效应.但在复杂场景例如遮挡、快速移动、背景干扰等,其较大的采样区域导致过多背景在杂波干扰,从而影响跟踪效果.针对这一问题,本文首先提取灰度HOG特征与颜色CN特征来提高目标外观模型,在基准目标函数基础上引入L1稀疏正则约束形成弹性网络以自适应筛选关键特征,增强滤波器在复杂背景下的判别能力.同时针对BACF在跟踪过程中目标快速变化,本文引入时间正则项提高滤波器抑制畸变的能力.最后,本文提出了一种独立的尺度滤波器算法,准确提供目标尺度大小.实验仿真结果表明,在公开数据集OTB-2013和OTB-2015上,本文算法较基准算法有很大提升,能够较好应对不同复杂场景下的跟踪难题.

一种大尺度区域GNSS坐标时间序列自适应时空滤波方法

提出一种GNSS坐标时间序列自适应时空滤波方法,在规定阈值下将滤波区域自适应分为若干个子区域,进行共模误差的提取和去除。对陆态网184个GNSS站点垂向坐标序列进行时空滤波,3组随机实验中,自适应PCA时空滤波后的站点序列平均RMS值减少约39.7%、38.4%和39.7%,且优于整体PCA滤波。进一步分析滤波前后站点噪声特性变化,结果显示,相比于整体PCA滤波,自适应滤波方法中站点残差序列幂律噪声减少约17.8%。

基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法研究

本文提出了一种基于环形阵列的空间滤波器结构损伤扫描监测方法,在结构中央布置环形压电传感器阵列实现对结构的全方位扫描监测,消除了主动Lamb波空间滤波器监测方法中盲区及远场对监测效果的影响。环形阵列由直径方向不同角度的4个线阵组成,每个线阵采用主动Lamb波空间滤波监测方法对结构损伤进行监测、成像,各阵列成像结果通过PCA-小波变换进行融合对损伤位置进行判别,从而实现结构全方位损伤扫描监测,消除单个阵列损伤监测的盲区、远场及虚假成像等影响,进而获得更加准确的损伤监测结果。通过实验研究,验证了该方法的有效性和实用性。

滤波辨识(11):多变量CARARMA系统的滤波递阶广义增广迭代参数辨识

针对多变量受控自回归自回归滑动平均(M-CARARMA)系统,利用滤波辨识理念和递阶辨识原理,研究和提出了滤波递阶广义增广梯度迭代辨识方法、滤波递阶多新息广义增广梯度迭代辨识方法、滤波递阶递推广义增广最小二乘迭代辨识方法、滤波递阶多新息广义增广最小二乘迭代辨识方法等。这些滤波递阶广义增广迭代辨识方法可以推广到其它有色噪声干扰下的线性和非线性多变量随机系统中。

滤波辨识(10):多变量Box-Jenkins系统的滤波辅助模型递阶广义增广参数辨识

针对多变量Box-Jenkins模型,即多变量输出误差自回归滑动平均(M-OEARMA)系统,利用滤波辨识理念和辅助模型辨识思想,研究和提出了滤波辅助模型递阶广义增广随机梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广随机梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶广义增广递推梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广递推梯度辨识方法、滤波辅助模型递阶广义增广最小二乘辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广最小二乘辨识方法。这些滤波辅助模型递阶广义增广辨识方法可以推广到其他有色噪声干扰下的线性和非线性多变量随机系统中。

融合深度学习的贝叶斯滤波综述

当前动态系统呈现大型化、复杂化的趋势,基于贝叶斯滤波的动态系统状态估计遇到一系列新的挑战.随着深度学习在特征提取与模式识别等方面的优势与潜力不断显现,深度学习与传统贝叶斯滤波相结合的研究也随之兴起.为此,梳理了不同领域融合深度学习的贝叶斯滤波方法的应用案例,从中剖析不同类型动态系统下贝叶斯滤波存在的局限性和共性难题.在此基础上,总结了当前贝叶斯滤波存在的几类不确定性问题,以深度学习的视角将这些问题归纳为特征提取和参数辨识两大基本问题,进而介绍深度学习为贝叶斯滤波所提供的解决方案.其次,归纳整理了两类深度学习与贝叶斯滤波结合的具体方法,着重介绍了深度卡尔曼滤波和融合深度学习的自适应卡尔曼滤波.最后,综合考虑深度学习方法和贝叶斯滤波方法的优势,讨论了融合深度学习的贝叶斯滤波方法的开放问题和未来研究方向.

基于观测方程重构滤波算法的锂离子电池荷电状态估计

滤波算法中观测方程的准确性在电池状态评估中起着决定性作用。然而,该文通过试验发现,由于温度、工作电流和荷电状态(SOC)的影响,即使使用精度较高的电池模型,扩展卡尔曼滤波(EKF)算法中观测方程的输出值与实际电压之间仍会存在较大误差,即产生了较大的新息。该文提出一种基于观测方程重组的增强型扩展卡尔曼滤波(E-EKF)算法。该算法的核心思想是利用具有温度、SOC和电流自适应能力的误差修正策略对观测方程进行重组,实现算法中新息的降低,进而提高SOC估计的准确性。使用两种不同温度下的典型工况试验对E-EKF算法的性能进行了验证。试验结果表明,该算法能够适应不同的温度和工况,并具有较高的SOC估计精度。

滤波辨识(12):多变量OEARMA系统的滤波辅助模型递阶广义增广迭代参数辨识

针对多变量输出误差自回归滑动平均(M-OEARMA)系统,即多变量Box-Jenkins系统,利用滤波辨识理念和辅助模型辨识思想,研究和提出了滤波辅助模型递阶广义增广梯度迭代辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广梯度迭代辨识方法、滤波辅助模型递阶递推广义增广最小二乘迭代辨识方法、滤波辅助模型递阶多新息广义增广最小二乘迭代辨识方法等。这些滤波辅助模型递阶广义增广迭代辨识方法可以推广到其它有色噪声干扰下的线性和非线性多变量随机系统中。

基于渐进高斯滤波融合的多视角人体姿态估计

针对视觉遮挡引起的人体姿态估计(Human pose estimation, HPE)性能下降问题,提出基于渐进高斯滤波(Progressive Gaussian filtering, PGF)融合的人体姿态估计方法.首先,设计分层性能评估方法对多视觉量测进行分类处理,以适应视觉遮挡引起的量测不确定性问题.其次,构建分布式渐进贝叶斯滤波融合框架,以及设计一种分层分类融合估计方法来提升复杂量测融合的鲁棒性和准确性.特别地,针对量测统计特性变化问题,利用局部估计间的交互信息来引导渐进量测更新,从而隐式地补偿量测不确定性.最后,仿真与实验结果表明,相比于现有的方法,所提的人体姿态估计方法具有更高的准确性和鲁棒性.

一种自适应扩展卡尔曼滤波的永磁同步电机无位置传感器矢量控制

在粗差干扰或噪声统计偏差情况下,扩展卡尔曼滤波(EKF)对永磁同步电机(PMSM)的速度和转子位置估计存在精度下降问题,为此提出一种基于新息序列的自适应扩展卡尔曼滤波算法(AEKF)。首先,将粗差干扰加入系统观测方程中,分析粗差干扰对系统观测精度的影响。其次,为增强算法的抗扰性能,在新息协方差计算中设置加权系数,通过调整临近时刻的新息协方差阵权重,计算出新息协方差值,并更新到卡尔曼增益的计算。最后,建立AEKF数学模型,并对比粗差干扰与噪声统计出现偏差情况下,AEKF与EKF两种策略的观测性能。仿真和实验结果表明,在粗差干扰或噪声统计信息出现偏差情况下,AEKF算法对永磁同步电机转速的观测具备更强的鲁棒性及更高的预测精度。

矿区沉陷DEM多重滤波方法研究

针对传统地表移动监测方法周期较长、工作量大的问题,通过无人机LiDAR和点云滤波获取地面点云,并构建沉陷DEM,实现地表沉陷监测的方法具有快速、高效的优势;由于现有点云滤波和插值算法构建的沉陷DEM模型仍会包含噪声,限制了该技术在矿区的普及,因此,进一步研究了沉陷DEM噪声的去除方法,对比分析了多重滤波与经典滤波方法。实验分析结果表明:在几种去噪方法中,中值滤波组合维纳滤波的去噪效果最好,保留了下沉盆地的细节特征,能够满足矿区地表形变监测的基本要求。

基于核相关滤波和卡尔曼滤波预测的混合跟踪方法

针对核相关滤波(KCF)跟踪算法在遮挡场景中出现跟踪性能降低甚至跟踪失败的问题,提出了一种核相关滤波和卡尔曼滤波(KF)预测相结合的模型自适应抗遮挡图像目标跟踪算法KCF-KF。首先,考虑到传统KCF目标跟踪算法中缺少遮挡评估的问题,通过引入响应图的峰值旁瓣比来对图像目标的遮挡情况进行判断,并将遮挡类型划分为部分遮挡和严重遮挡。其次,根据遮挡程度采取不同的模型更新策略,当目标无遮挡或者部分遮挡时,替代传统KCF跟踪算法中采用固定学习率更新模型的方法,通过自适应地调整模型学习率来更新目标外观模型,避免跟踪漂移;当目标被严重遮挡时,停止KCF模型更新。最后,应用严重遮挡之前的运动信息构建卡尔曼滤波器状态空间和位置输出模型,设计卡尔曼滤波算法预测运动目标轨迹来估计遮挡情景下的目标位置,从而解决在遮挡场景中目标跟踪失败的问题。采用OTB-2013标准数据集进行大量实验,结果表明:所提的混合跟踪算法KCF-KF的距离精度为0.796,重叠成功率为0.692。与其他传统跟踪算法相比,该混合算法的跟踪精度和跟踪成功率均优于其他算法,并且在遇到目标遮挡挑战时具有更好的跟踪性能,有效地解决了跟踪过程中的遮挡干扰问题。

基于反馈机制的光子微波信号级联滤波方法

光子微波通信过程中,受噪声影响造成带宽变窄,降低了通信效率。为了优化光子微波通信质量,提出基于反馈机制的光子微波信号级联滤波方法。利用形态学腐蚀和膨胀去除信号模糊程度后,将相似度较高的信号聚集为连续区域,完成微波信号去噪。选用卡尔曼滤波器对微波信号测量噪声初次滤波,使用均值滤波以及双门限输出方案二次滤波双路光电反馈下生成的微波信号。通过两种滤波器的级联处理,去除微波信号中不同的杂波,实现窄线宽光子微波信号级联滤波。实验结果表明,所提方法级联滤波波动幅度小,能够平稳输出滤波结果,且不同温度下的级联滤波衰减特性相对平稳。