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基于点线面特征匹配的紧耦合激光雷达惯性里程计

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传感器与微系统 2024年第7期43卷 72-76页

作者：刘士良马天力高嵩严瀚宇西安工业大学电子信息工程学院陕西西安710021

激光雷达(LiDAR)里程计在室外受环境噪声干扰,其扫描匹配精度较低,由此带来的累积误差导致同步定位与建图(SLAM)在大范围场景下定位精度较差。针对上述问题,提出一种基于点线面特征匹配的紧耦合LiDAR惯性里程计(TP-LIO),在惯性测量单元(... 详细信息

激光雷达(LiDAR)里程计在室外受环境噪声干扰,其扫描匹配精度较低,由此带来的累积误差导致同步定位与建图(SLAM)在大范围场景下定位精度较差。针对上述问题,提出一种基于点线面特征匹配的紧耦合LiDAR惯性里程计(TP-LIO),在惯性测量单元(IMU)预积分点云去畸变基础上,利用点—线和点—面距离构建位姿估计代价函数,获得载体运动估计。结合IMU预积分与Scan-Context回环检测,通过因子图进行全局优化,实现IMU和LiDAR数据紧耦合。在KITTI数据集和实车实验下,对TP-LIO、ALOAM和LeGO-LOAM进行对比验证,结果表明:TP-LIO在大范围场景下累积误差更小,定位精度更高。

关键词：同步定位与建图激光雷达紧耦合回环检测

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不确定重尾量测噪声干扰下的鲁棒目标跟踪算法

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空军工程大学学报 2022年第6期23卷 64-70页

作者：马天力张扬刘盼高嵩西安工业大学电子信息工程学院西安710021

在大多数目标跟踪方法中,通常假设量测噪声服从参数已知的高斯分布或对称重尾分布,但其非常受限并且在实际过程中常常无法得到满足。因此,针对存在不确定重尾量测噪声干扰下的目标跟踪问题,提出基于变分推理的鲁棒容积卡尔曼滤波算法。... 详细信息

在大多数目标跟踪方法中,通常假设量测噪声服从参数已知的高斯分布或对称重尾分布,但其非常受限并且在实际过程中常常无法得到满足。因此,针对存在不确定重尾量测噪声干扰下的目标跟踪问题,提出基于变分推理的鲁棒容积卡尔曼滤波算法。该算法利用Skew-T分布对不确定重尾量测噪声进行建模,在基于容积规则的数值积分过程中,结合变分推理将Skew-T分布量测噪声参数与系统状态变量进行联合递归计算,通过对近似后验概率密度函数进行变分迭代,获得系统模型和不对称重尾量测噪声参数。仿真结果表明,该算法相比变分贝叶斯扩展卡尔曼滤波算法具有较高的滤波精度。

关键词：目标跟踪重尾噪声变分贝叶斯容积卡尔曼滤波 KL散度

有界噪声条件下基于集员滤波的扩展目标跟踪方法

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空军工程大学学报 2023年第6期24卷 78-85页

作者：刘盼马天力张荣李颐果西安工业大学电子信息工程学院西安710021

现有概率框架下的扩展目标跟踪方法需要已知系统量测噪声统计特性,然而在实际过程中量测噪声大多为边界已知而统计特性未知的有界噪声,其难以利用概率方法对扩展目标运动状态与形态进行计算。针对有界噪声条件下的扩展目标跟踪问题,提... 详细信息

现有概率框架下的扩展目标跟踪方法需要已知系统量测噪声统计特性,然而在实际过程中量测噪声大多为边界已知而统计特性未知的有界噪声,其难以利用概率方法对扩展目标运动状态与形态进行计算。针对有界噪声条件下的扩展目标跟踪问题,提出一种基于集员滤波的扩展目标跟踪方法,该方法通过UBB椭球集合对量测噪声进行表示,并采用集员滤波对运动状态集合参数进行计算。在对扩展目标形态估计过程中,结合凸包计算几何理论中的Graham scan算法,求解包含目标形态最大误差的最小边界矩阵,最后利用仿射变换和偏移超曲面计算椭球Minkowski差的边界参数,从而对目标形态矩阵进行更新。仿真结果表明,在有界噪声条件下,相比于传统概率框架下的贝叶斯滤波方法,文中所提出的方法对目标运动和扩展形态的跟踪精度更高。

关键词：扩展目标有界噪声集员滤波 Graham scan Minkowski差

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非T噪声条件下自适应目标跟踪方法研究

计算机仿真 2023年第7期40卷 348-353,476页

作者：张扬马天力高嵩陈超波西安工业大学电子信息工程学院陕西西安710021

针对目标跟踪系统中量测噪声的重尾不对称问题,提出了一种基于变分贝叶斯理论的VBST算法。算法考虑重尾不对称量测噪声条件下的卡尔曼滤波,并使之与变分贝叶斯学习结合,将量测噪声与系统状态变量一起作为参数进行联合的递归估计,通过对... 详细信息

针对目标跟踪系统中量测噪声的重尾不对称问题,提出了一种基于变分贝叶斯理论的VBST算法。算法考虑重尾不对称量测噪声条件下的卡尔曼滤波,并使之与变分贝叶斯学习结合,将量测噪声与系统状态变量一起作为参数进行联合的递归估计,通过对近似后验分布不断更新迭代,使其逼近系统的真实后验分布。仿真结果表明,在目标跟踪系统中,当量测噪声出现重尾不对称时,基于偏斜T分布的变分贝叶斯滤波算法具有较高的滤波精度和较好的鲁棒性。

关键词：分布变分贝叶斯卡尔曼滤波器鲁棒滤波

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非均匀分布量测下的扩展目标跟踪方法

科学技术与工程 2022年第6期22卷 2305-2310页

作者：孙航宇马天力李继超张琪西安工业大学电子信息工程学院西安710021

针对雷达方位角变化导致散射源统计特性改变的问题,提出了一种非均匀分布量测下的扩展目标跟踪方法。算法通过轮廓质心法和接受-拒绝采样法产生伪量测,并构建了分层无迹卡尔曼滤波器(hierarchical unscented kalman filter,HUKF)来估计... 详细信息

针对雷达方位角变化导致散射源统计特性改变的问题,提出了一种非均匀分布量测下的扩展目标跟踪方法。算法通过轮廓质心法和接受-拒绝采样法产生伪量测,并构建了分层无迹卡尔曼滤波器(hierarchical unscented kalman filter,HUKF)来估计运动状态和形状参数。实验结果表明,相比于传统的无迹卡尔曼滤波方法,该方法对星凸扩展目标有着更好的跟踪性能。

关键词：扩展目标跟踪非均匀分布接受-拒绝采样无迹卡尔曼滤波

带不确定混合噪声系统的变分贝叶斯期望最大滤波算法

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中国惯性技术学报 2021年第4期29卷 475-481,490页

作者：马天力张扬陈超波西安工业大学电子信息工程学院西安710021 陕西省自主系统与智能控制国际联合研究中心西安710021

卡尔曼滤波器假设量测噪声为已知统计特性的高斯白噪声,然而系统可能受到不确定随机噪声以及未知有界噪声共同影响,若采用单一滤波策略,则估计结果易出现较大偏差。将两种不确定噪声运用未知参数的高斯混合模型进行表示,提出变分贝叶斯... 详细信息

卡尔曼滤波器假设量测噪声为已知统计特性的高斯白噪声,然而系统可能受到不确定随机噪声以及未知有界噪声共同影响,若采用单一滤波策略,则估计结果易出现较大偏差。将两种不确定噪声运用未知参数的高斯混合模型进行表示,提出变分贝叶斯期望最大滤波算法。所提方法采用变分贝叶斯最大化方法对量测噪声模型中的超参数进行更新,在得到模型超参数后,利用变分贝叶斯期望算法计算噪声模型的隐变量。对上述过程反复迭代,最终获得系统的状态和协方差。仿真结果表明,相比于传统的卡尔曼滤波算法和联合滤波算法,变分贝叶斯期望最大滤波算法在出现混合不确定噪声时,经纬度定位精度均提高60%以上,提高了导航系统的精确性。

关键词：变分贝叶斯未知但有界噪声卡尔曼滤波高斯混合模型期望最大算法

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无人驾驶智能车的运动稳定性研究

无人驾驶智能车的运动稳定性研究

作者：马天力西安工业大学

学位级别：硕士

现代汽车工业将无人驾驶智能汽车的研发设计作为未来汽车产业发展的重点。其中无人驾驶智能车的运动稳定性控制是对无人驾驶汽车进行研究的基础。本文针对无人驾驶智能车在避障,自主循迹以及制动过程之中保持稳定运行,选取相应的控制参... 详细信息

现代汽车工业将无人驾驶智能汽车的研发设计作为未来汽车产业发展的重点。其中无人驾驶智能车的运动稳定性控制是对无人驾驶汽车进行研究的基础。本文针对无人驾驶智能车在避障,自主循迹以及制动过程之中保持稳定运行,选取相应的控制参数以及控制策略,利用横摆力矩对无人车进行稳定控制,为日后无人驾驶车辆运动稳定控制研究提供一定的思路。论文首先建立了车辆的八自由度模型,轮胎模型,制动器模型,液压模型和方向盘模型。对所组成的整车模型进行了Simulink仿真。验证了整车模型符合车辆运动稳定研究需要。其次通过对所建模型以及无人车运动状态进行分析,介绍了无人车辆失稳状态的产生稳定控制思想和控制结构。选择横摆角速度以及质心侧偏角作为运动稳定性控制问题的主要研究参数。深入研究了两者是与车辆运动稳定性的关系。选取了扩展卡尔曼滤波算法对质心侧偏角进行了估计,并对验证了算法的有效性。根据所建立的车辆动力学模型,以理想横摆角速度以及理想的质心侧偏角为控制目标,车轮制动力所产生的横摆力矩作为输出量,设计了基于横摆角速度的模糊控制器以及基于质心侧偏角的PID控制器,并对两者进行联合协调控制。最后以研华工控机为控制核心,进行了无人驾驶车运动稳定性研究硬件平台的搭建,运用VB设计了软件监控界面,编写了相应的算法程序。对选取的控制策略进行了仿真和双移线实车测试。从试验测试结果可以看出,无人驾驶车在自动循迹行驶的过程之中,相比于未加入任何稳定控制的无人车,系统维持无人驾驶车辆稳定运行具有明显的优越性。

关键词：无人驾驶智能车横摆角速度质心侧偏角横摆力矩模糊控制

一种改进的输出反馈特征结构配置方法在飞翼飞机增稳系统设计中的应用

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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控制与决策 2016年第6期31卷 1111-1117页

作者：彭程王新民马天力何澳西北工业大学自动化学院西安710129 中航工业第一飞机设计研究院飞控与液压研究室西安710089

针对常规输出反馈特征结构配置方法不能完全保证闭环系统稳定性的问题,提出一种改进的输出反馈特征结构配置方法.该改进的算法通过引入二次型性能指标,将闭环系统的稳定性问题转化为线性二次型最优控制问题,从而保证闭环系统的稳定性;... 详细信息

针对常规输出反馈特征结构配置方法不能完全保证闭环系统稳定性的问题,提出一种改进的输出反馈特征结构配置方法.该改进的算法通过引入二次型性能指标,将闭环系统的稳定性问题转化为线性二次型最优控制问题,从而保证闭环系统的稳定性;考虑到采用特征结构配置方法所设计的闭环系统鲁棒性不强,给出保证系统鲁棒性的条件,以解决系统鲁棒性问题.最后,通过在飞翼飞机上的仿真结果验证了所提出算法的有效性.

关键词：飞翼飞机特征结构配置稳定性鲁棒性

基于不确定模型误差系统的变分贝叶斯STCKF

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控制与决策 2016年第12期31卷 2255-2260页

作者：马天力王新民彭程李婷边琦西北工业大学自动化学院西安710129

强跟踪容积卡尔曼滤波器在对含有模型误差和时变噪声的非线性系统进行滤波时,容易出现性能降低甚至发散.鉴于此,提出一种基于变分贝叶斯的强跟踪容积卡尔曼滤波算法.该算法运用虚拟噪声法补偿模型误差,假设虚拟噪声均值非零,且满足高斯... 详细信息

强跟踪容积卡尔曼滤波器在对含有模型误差和时变噪声的非线性系统进行滤波时,容易出现性能降低甚至发散.鉴于此,提出一种基于变分贝叶斯的强跟踪容积卡尔曼滤波算法.该算法运用虚拟噪声法补偿模型误差,假设虚拟噪声均值非零,且满足高斯分布,虚拟噪声方差服从逆gamma分布,在强跟踪容积卡尔曼滤波器估计状态的同时,采用变分贝叶斯推理估计虚拟噪声参数.仿真结果表明,所提出算法对含模型误差与时变噪声的非线性系统具有较好的估计精度,相比于自适应算法具有更强的鲁棒性.

关键词：强跟踪滤波器容积卡尔曼滤波器模型误差时变噪声虚拟噪声法变分贝叶斯理论