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基于改进的迭代容积卡尔曼滤波姿态估计

哈尔滨工业大学学报 2014年第6期46卷 116-122页

作者：钱华明黄蔚孙龙哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

为了充分利用新的量测信息,提高姿态估计的精度,在分析现有迭代滤波策略存在问题的基础上,采用一种新的容积点迭代策略,将其与容积卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种改进的迭代容积卡尔曼滤波(improved iterated cubature Kalman filter,... 详细信息

为了充分利用新的量测信息,提高姿态估计的精度,在分析现有迭代滤波策略存在问题的基础上,采用一种新的容积点迭代策略,将其与容积卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种改进的迭代容积卡尔曼滤波(improved iterated cubature Kalman filter,IICKF)算法.该算法采用容积数值积分理论近似非线性函数的均值与方差,利用状态扩维理论来解决量测迭代中量测噪声与状态相关的问题,同时利用一种新的容积点迭代策略,即在量测迭代过程中直接采用容积点迭代,避免每步迭代都进行均方根计算来产生容积点,克服传统迭代策略是基于高斯近似产生采样点的局限,有效地降低扩维带来的计算量.仿真结果表明:该算法的估计精度高于乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter,MEKF)以及迭代容积卡尔曼滤波(iterated cubature Kalman filter,ICKF)算法,该算法的提出有助于提高姿态估计的精度.

关键词：姿态估计改进的迭代容积卡尔曼滤波容积数值积分理论状态扩维估计精度

功能化固态电解质膜改性锂金属负极的研究进展

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物理化学学报 2021年第2期37卷 90-106页

作者：钱华明李喜飞西安理工大学先进电化学能源研究院材料科学与工程学院西安710048 陕西省储能材料表面技术国际联合研究中心西安710048 西安市新能源材料与器件重点实验室西安710048

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^(−1)),低电极电位(−3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成... 详细信息

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^(−1)),低电极电位(−3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成枝晶,枝晶的生长会引发电池短路等安全问题,极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度,可调控锂离子在表面均匀沉积,促进离子传输,抑制枝晶生长,因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点,分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响,并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。

关键词：锂金属负极锂枝晶生长功能化SEI膜锂均匀沉积高比能电池

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基于AR模型的非线性目标跟踪自适应算法

华中科技大学学报（自然科学版） 2012年第9期40卷 52-56页

作者：钱华明陈亮杨峻巍哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

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... 详细信息

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.

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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四元数约束的容积卡尔曼滤波及其应用

哈尔滨工业大学学报 2014年第7期46卷 40-46页

作者：钱华明黄蔚孙龙哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对一些非线性系统状态变量中存在四元数约束的情况,提出了一种四元数约束下的容积卡尔曼滤波(quaternion constrained cubature kalman filter,QCCKF)算法.基于最小约束代价函数,采用三阶球面-相径容积规则近似计算系统状态的后验均... 详细信息

针对一些非线性系统状态变量中存在四元数约束的情况,提出了一种四元数约束下的容积卡尔曼滤波(quaternion constrained cubature kalman filter,QCCKF)算法.基于最小约束代价函数,采用三阶球面-相径容积规则近似计算系统状态的后验均值和协方差,给出了QCCKF滤波递推公式.设计的QCCKF算法可以有效地对状态进行估计,扩展了CKF的应用范围.最后对飞行器姿态估计系统进行仿真,仿真结果表明,该算法估计精度优于常规CKF和无迹四元数估计法(unscented quaternion estimator,USQUE),并满足四元数约束条件,较好地解决了非线性系统存在四元数约束的问题,验证了算法的有效性.

关键词：容积卡尔曼滤波四元数约束最小约束代价函数三阶球面-相径容积规则

基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法

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北京航空航天大学学报 2013年第6期39卷 739-744页

作者：钱华明孙龙黄蔚刘璇哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001 黑龙江科技学院电气与信息工程学院哈尔滨150029

为了提高惯性/天文组合导航系统在高动态条件下的导航精度,提出了一种基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法.该算法将载体的旋转和平移统一起来,使用螺旋矢量更新对偶四元数,同时补偿圆锥误差和划船误差.推导了组合导航系统基于... 详细信息

为了提高惯性/天文组合导航系统在高动态条件下的导航精度,提出了一种基于加性对偶四元数的惯性/天文组合导航算法.该算法将载体的旋转和平移统一起来,使用螺旋矢量更新对偶四元数,同时补偿圆锥误差和划船误差.推导了组合导航系统基于加性对偶四元数的误差模型和导航参数误差的计算方程;把陀螺仪和加速度计的常值误差扩充到状态变量中,随机误差作为系统噪声输入,利用星敏感器输出参数来校正陀螺漂移,通过卡尔曼滤波对状态变量进行估计.仿真结果表明:在高动态条件下,基于对偶四元数的惯性/天文导航算法的导航精度比传统算法提高2倍多.

关键词：组合导航对偶四元数加性误差螺旋矢量

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一种基于导向矢量约束的恒模盲波束形成算法

哈尔滨工业大学学报 2016年第9期48卷 151-156页

作者：刘可钱华明马俊达哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对阵列信号波达角(direction of arrival,DOA)先验信息已知的情况,利用信号的恒模特性,在卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)结构下,提出一种附加阵列导向矢量约束的自适应波束形成算法.对约束情况下的卡尔曼滤波目标函数运用拉格朗日乘子... 详细信息

针对阵列信号波达角(direction of arrival,DOA)先验信息已知的情况,利用信号的恒模特性,在卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)结构下,提出一种附加阵列导向矢量约束的自适应波束形成算法.对约束情况下的卡尔曼滤波目标函数运用拉格朗日乘子法,求得约束条件下的最优估计表达式,并将其推广到无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)算法中,通过约束迭代算法对阵列估计信号的导向角施加约束,实现约束UKF自适应波束形成算法的最优权值分配.仿真过程中,用所提算法与约束恒模迭代最小二乘算法和约束最小方差迭代最小二乘算法作对比,表明表明,该算法在收敛速度、信噪比、稳健性、跟踪性能方面具有较好的性能.

关键词：信号处理自适应滤波无迹卡尔曼滤波波束形成约束优化技术

降维CKF算法及其在SINS初始对准中的应用

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系统工程与电子技术 2013年第7期35卷 1492-1497页

作者：钱华明葛磊黄蔚彭宇哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

针对常规容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)算法在捷联惯导系统(strapdown inertialnavigation system,SINS)大方位失准角初始对准中采样点个数与状态向量维数成正比、计算量较大的问题,提出了降维CKF算法。与常规CKF算法相比... 详细信息

针对常规容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filter,CKF)算法在捷联惯导系统(strapdown inertialnavigation system,SINS)大方位失准角初始对准中采样点个数与状态向量维数成正比、计算量较大的问题,提出了降维CKF算法。与常规CKF算法相比,该算法只对离散化后的SINS非线性误差模型中的大方位失准角进行采样,再利用三阶球面-相径容积规则计算后验均值和协方差,从而将采样向量从10维降低到1维,采样点数量从20个下降到2个,减小了计算量。仿真实验结果表明,该算法与常规CKF算法具有相同的对准精度,计算时间仅为常规CKF算法的1/3,是一种较为实用的方法。

关键词：捷联惯导系统初始对准常规容积卡尔曼滤波算法降维容积卡尔曼滤波算法三阶球面-相径容积规则

多渐消因子卡尔曼滤波及其在SINS初始对准中的应用

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中国惯性技术学报 2012年第3期20卷 287-291页

作者：钱华明葛磊彭宇哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

针对卡尔曼滤波在系统模型失配和未知干扰情况下鲁棒性差的特点,对于一类线性模型提出了多渐消因子卡尔曼滤波算法。该算法利用卡尔曼滤波取得最佳增益时残差序列互不相关的性质,可以在线自适应地调整多个渐消因子,从而对多个数据通道... 详细信息

针对卡尔曼滤波在系统模型失配和未知干扰情况下鲁棒性差的特点,对于一类线性模型提出了多渐消因子卡尔曼滤波算法。该算法利用卡尔曼滤波取得最佳增益时残差序列互不相关的性质,可以在线自适应地调整多个渐消因子,从而对多个数据通道进行渐消,即使当滤波达到稳态时仍然可以调整滤波增益,使得该算法对模型失配和未知干扰有较强的鲁棒性。将该算法用于噪声统计不准确的SINS初始对准,数值仿真表明,当系统模型存在不准确情况时,新方法对航向误差角的估计精度较单渐消因子卡尔曼滤波和常规卡尔曼滤波分别提高了70%和43%,证明了该算法的有效性。

关键词：卡尔曼滤波单渐消因子多渐消因子噪声统计不准确鲁棒性

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MEMS陀螺仪随机漂移仿真和试验

北京航空航天大学学报 2010年第6期36卷 636-639,658页

作者：钱华明夏全喜阙兴涛张强哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

为了提高使用精度,研究了某微机电系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)陀螺仪的随机漂移模型.应用时间序列分析方法对经过预处理的陀螺仪量测数据进行建模,提出采用状态扩增法设计Kalman滤波器.进行速率试验和摇摆试验,验证了... 详细信息

为了提高使用精度,研究了某微机电系统(MEMS,Micro Electro Mechanical System)陀螺仪的随机漂移模型.应用时间序列分析方法对经过预处理的陀螺仪量测数据进行建模,提出采用状态扩增法设计Kalman滤波器.进行速率试验和摇摆试验,验证了在静态和恒定角速率条件下,滤波后的误差均值和标准差分别为滤波前的55%和12%.针对在摇摆运动时随着振幅的增加滤波效果下降的问题,设计了自适应Kalman滤波器,分析了衰减因子的选取原则.仿真结果表明:常值衰减因子法和自适应衰减因子法都能显著改善摇摆运动时的滤波效果,而自适应衰减因子法的精度更高.

关键词：随机漂移时间序列分析 Kalman滤波自适应滤波