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精密单点定位的抗差卡尔曼滤波研究

中国矿业大学学报 2012年第5期41卷 857-862页

作者：许长辉高井祥胡洪王坚中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

从卡尔曼滤波的新息出发,推导了卡尔曼滤波残差的新息表达式,并用其构造抗差因子.根据精密单点定位的内部可靠性和观测值的随机性,确定完全可探测的载波相位和伪距粗差,并分别加入相应观测值粗差.通过标准卡尔曼滤波、新息的抗差卡尔曼... 详细信息

从卡尔曼滤波的新息出发,推导了卡尔曼滤波残差的新息表达式,并用其构造抗差因子.根据精密单点定位的内部可靠性和观测值的随机性,确定完全可探测的载波相位和伪距粗差,并分别加入相应观测值粗差.通过标准卡尔曼滤波、新息的抗差卡尔曼滤波和残差的抗差卡尔曼滤波3种方案对比,粗差使标准卡尔曼滤波的估计结果产生一定的偏差.当观测值精度不等时,新息的抗差卡尔曼滤波对较高精度观测值的粗差抗差效果较差.而残差的抗差卡尔曼滤波能够实现不等精度观测值粗差的同时抗差.

关键词：抗差卡尔曼滤波新息残差内部可靠性粗差

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抗差卡尔曼滤波在高速铁路变形监测中的应用

抗差卡尔曼滤波在高速铁路变形监测中的应用

作者：刘华夏西南交通大学

学位级别：硕士

目前我国高速铁路的建设正以前所未有的速度向前推进。高速铁路是一个庞大复杂而精细的工程,要求各个环节精准施工。其中作为轨道基础的线下工程,其沉降控制是提供高速度、高平顺和高稳定性的轨道先要条件,同时,由于我国地质条件的复杂... 详细信息

目前我国高速铁路的建设正以前所未有的速度向前推进。高速铁路是一个庞大复杂而精细的工程,要求各个环节精准施工。其中作为轨道基础的线下工程,其沉降控制是提供高速度、高平顺和高稳定性的轨道先要条件,同时,由于我国地质条件的复杂性,作为长大线型的高速铁路,线下工程的沉降控制显得极为重要。因此,高速铁路线下工程沉降的安全监控、监控数据处理及监控的评价分析,是确保施工及运营安全的重要保障,必须选择有效的监控手段和数据处理方法。本文根据高速铁路线下工程的特点和存在的实际问题,就抗差卡尔曼滤波在高速铁路沉降变形监控中的应用进行研究,并结合某高速铁路的监控数据进行分析研究。主要内容如下：本文首先对高速铁路的线下工程特点进行了概述,并对变形监控技术和监控的意义作了介绍。在对比常用变形监控数据处理方法的基础上,重点研究了卡尔曼滤波模型的建立方法及其初始值的确定,通过实例分析验证了其在监控数据处理方面的优点。由于普通卡尔曼滤波模型不能有效的抵抗粗差的影响,本文在稳健估计原理的基础上,推导出卡尔曼滤波的抗差估计递推方程。并将其应用于线下工程沉降变形监控的数据处理,验证了抗差卡尔曼滤波能够有效判断粗差的位置,达到抵抗粗差的目的。结合某高速铁路线下工程的动态水准网监控数据,运用抗差卡尔曼滤波模型对其进行处理,对比抗差卡尔曼滤波结果及其预报值与各期的平差值,均吻合良好,因此,在高速铁路线下工程沉降的允许范围内,可以通过该方法对监控数据进行处理,对线下工程的沉降进行实时的控制。以上研究表明,采用抗差卡尔曼滤波模型对高速铁路变形监控数据进行处理,结果能满足工程的需要,具有良好的实用价值。

关键词：高速铁路线下工程沉降变形动态水准网监控数据稳健估计抗差卡尔曼滤波

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抗差卡尔曼滤波在桥梁索塔变形监控中的应用

抗差卡尔曼滤波在桥梁索塔变形监控中的应用

作者：李希峰河海大学

学位级别：硕士

大型桥梁建设目前已经进入前所未有的阶段,安全监控的方法、监控数据的处理及监控的评价分析,对保障大桥的安全显得十分重要。索塔整个桥梁建设与运行期起关键作用,如在施工期或运营期监控不当,会危及整个桥梁的安全,带来巨大损失,因此... 详细信息

大型桥梁建设目前已经进入前所未有的阶段,安全监控的方法、监控数据的处理及监控的评价分析,对保障大桥的安全显得十分重要。索塔整个桥梁建设与运行期起关键作用,如在施工期或运营期监控不当,会危及整个桥梁的安全,带来巨大损失,因此必须选择有效的监控方法。本文针对桥梁索塔监控中的实际问题,就抗差卡尔曼滤波在桥梁监控中的应用进行研究,并结合苏通长江公路大桥索塔监控进行分析研究。主要内容如下: 概述了桥梁索塔监控的必要性、常用的监控技术及其误差分析和减弱误差影响的措施。介绍了监控数据的特点,常用的监控数据处理方法。研究了卡尔曼滤波模型的建立方法及其初始值的确定,通过实例分析验证了它在监控数据处理方面具有一定的优势,但不能有效处理粗差。本文在稳健估计原理的基础上,推导出抗差卡尔曼滤波的递推方程,并给出抗差卡尔曼滤波的计算步骤和程序设计。然后将其应用于桥梁监控点的数据处理,通过建立合理的数学模型能有效判断粗差的位置,达到抵抗粗差的目的。将其应用于桥梁索塔高程控制网的动态处理,通过比较单期平差和抗差卡尔曼滤波联合处理的结果,可以看出抗差卡尔曼滤波处理的有效性。结合苏通大桥索塔塔柱中心监控数据的特点,建立抗差卡尔曼滤波模型,对索塔实测监控数据进行处理,并将预报值和施工控制预偏值进行比较,吻合良好,在施工要求的允许范围内,可以通过得到的信息对索塔进行实时控制。以上研究表明,采用抗差卡尔曼滤波对索塔监控数据进行处理,结果能满足实际要求。同时也克服了其它数据处理模型的不足,具有很好的实用价值。

关键词：抗差卡尔曼滤波大气折光动态监控模型动态水准网监控数据索塔误差分析

抗差卡尔曼滤波在矿山地表沉降监测中的应用研究

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北京测绘 2018年第6期32卷 633-638页

作者：陈长坤石长伟梁四幺肖明苏迪安徽理工大学测绘学院安徽淮南232001

在实际地表沉降观测过程中,各种误差致使观测向量中粗差对状态滤波值产生影响。根据标准卡尔曼滤波理论导出了地表移动观测站数据处理的抗差卡尔曼滤波模型,将抗差卡尔曼滤波模型应用到淮南某矿开采沉陷地表监测站沉降监测数据处理中,... 详细信息

在实际地表沉降观测过程中,各种误差致使观测向量中粗差对状态滤波值产生影响。根据标准卡尔曼滤波理论导出了地表移动观测站数据处理的抗差卡尔曼滤波模型,将抗差卡尔曼滤波模型应用到淮南某矿开采沉陷地表监测站沉降监测数据处理中,对该矿地表沉降监测实例进行模拟计算,结果表明该模型能够有效减弱或消除观测值中粗差的影响,提高数据处理的可靠性,获得可靠的分析结果。

关键词：抗差卡尔曼滤波粗差地表沉降监测网等价增益矩阵数据分析

抗差卡尔曼滤波及其在超短基线水下定位中的应用

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海洋技术学报 2020年第5期39卷 46-52页

作者：罗才智杨鲲辛明真卫进进张凯阳凡林山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 交通运输部天津水运工程科学研究所天津300456

基于测距定向原理的超短基线定位系统具有集成度高、操作简便的优势,但在缺少多余观测量的动态定位环境下,受外围传感器的可靠性和水声信号的传播特性的影响,超短基线定位结果中经常出现超出定位精度要求的粗差。为抑制粗差对定位精度... 详细信息

基于测距定向原理的超短基线定位系统具有集成度高、操作简便的优势,但在缺少多余观测量的动态定位环境下,受外围传感器的可靠性和水声信号的传播特性的影响,超短基线定位结果中经常出现超出定位精度要求的粗差。为抑制粗差对定位精度的影响,本文提出了采用抗差卡尔曼滤波处理超短基线水下定位数据中的粗差,重点对比分析了目前国际上经典的Huber、IGG1、IGG3等价权函数的抗差滤波效果。利用Sonardyne Ranger 2超短基线采集的数据进行实验分析,实验结果表明,经典卡尔曼滤波受粗差影响严重,采用IGG系列权函数的抗差卡尔曼滤波方法可以有效降低粗差影响。

关键词：海洋测绘超短基线抗差卡尔曼滤波水下定位等价权函数

回归分析与抗差卡尔曼滤波协同下大型边坡短期变形的预测方法

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金属矿山 2019年第4期48卷 163-167页

作者：熊迪吴浩杨剑郭世泰武汉理工大学资源与环境工程学院湖北武汉430070 香港理工大学土地测量与地理资讯学系香港999077 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

由于边坡滑移影响因素众多,无法建立精确的动力学模型,因此利用传统抗差卡尔曼滤波模型进行边坡短期变形预测十分困难,无法满足大型边坡高精度的预警需求。建立回归分析与抗差卡尔曼滤波协同下大型边坡短期变形预测模型,利用拟合值代替... 详细信息

由于边坡滑移影响因素众多,无法建立精确的动力学模型,因此利用传统抗差卡尔曼滤波模型进行边坡短期变形预测十分困难,无法满足大型边坡高精度的预警需求。建立回归分析与抗差卡尔曼滤波协同下大型边坡短期变形预测模型,利用拟合值代替含粗差数据进行滤波预测运算,解决了卡尔曼滤波缺乏对粗差的抗干扰性问题。利用金堆城露天钼矿大型边坡监测数据开展工程案例研究,结果表明2种预测模型都是有效的,但回归分析与抗差卡尔曼滤波协同下大型边坡短期变形预测模型精度和抗差性2个指标都优于传统抗差卡尔曼滤波模型。

关键词：大型边坡变形预测粗差回归分析抗差卡尔曼滤波

基于抗差卡尔曼滤波的SINS/DVL组合导航算法研究

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基于抗差卡尔曼滤波的SINS/DVL组合导航算法研究

作者：彭纳武湖南大学

学位级别：硕士

在组合导航领域中,惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)、多普勒测速仪(Doppler Velocity Log,DVL)传感器可以在不依赖外部信息的情况下,通过速度组合导航模式较为精准的为载体提供定位服务,并以其自主性、隐蔽性... 详细信息

在组合导航领域中,惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System,SINS)、多普勒测速仪(Doppler Velocity Log,DVL)传感器可以在不依赖外部信息的情况下,通过速度组合导航模式较为精准的为载体提供定位服务,并以其自主性、隐蔽性、连续性等优势常作为水下潜航器的主流导航系统。目前,组合导航系统运行环境日渐复杂,导航子系统不断增加的同时也导致了故障率的提升。当某一个融合数据出现粗差且没有被及时检测出时,整个系统都将被污染而无法正常工作。为解决上述问题,本文以Huber权函数作为M估计权函数,构建抗差卡尔曼滤波器,提高SINS/DVL组合导航系统鲁棒性和环境适应性。本文针对DVL粗差判断的阈值设置问题,提出了粗差因子的概念。对Huber权函数进行优化,使得其对于高精度要求的传感器,数值自适应的设置为较小的值,对于精度较低的传感器则自适应的设置为较大的值,这样就能有效减少粗差漏判或者误判现象的出现,提高算法的适用性。本文针对DVL量测粗差影响SINS/DVL组合导航精度的问题,提出了一种基于M估计的抗差卡尔曼滤波方法;该方法通过残差的数值检测滤波器的量测信息是否被粗差污染,一旦残差超过阈值,则认为该测量信息已被污染,然后该量测的方差将被放大,等价于降低了它在状态估计中的权重。利用膨胀后的方差,再次进行估计状态将获得更好的估计结果。重复以上过程,形成“估计-检测-降权-再估计”的迭代闭环,则可有效降低量测粗差对估计精度的影响。

关键词： M估计组合导航抗差卡尔曼滤波 Huber函数

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抗差卡尔曼滤波在危房监测中的应用

城市勘测 2019年第6期 181-185页

作者：杨振乾重庆市勘测院

危房问题越来越受到社会和公众的关注,为了提高危房监测的精度,通过对标准卡尔曼滤波进行改进,将其与抗差估计相结合,构建一种能够有效抵抗监测数据粗差的数据处理方法-抗差卡尔曼滤波模型。通过对贵州省某市的一栋危房进行14天的GNSS监... 详细信息

危房问题越来越受到社会和公众的关注,为了提高危房监测的精度,通过对标准卡尔曼滤波进行改进,将其与抗差估计相结合,构建一种能够有效抵抗监测数据粗差的数据处理方法-抗差卡尔曼滤波模型。通过对贵州省某市的一栋危房进行14天的GNSS监测,将建立的抗差卡尔曼滤波模型对监测数据进行处理,证明了抗差卡尔曼滤波模型可以减弱或消除粗差对监测数据的影响,能够为危房监测安全问题提供决策依据。

关键词：危房监测卡尔曼滤波粗差抗差卡尔曼滤波

抗差卡尔曼滤波模型及其在GPS监测网中的应用

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测绘学报 2001年第1期30卷 27-31页

作者：余学祥吕伟才淮南工业学院安徽淮南232001

根据量测向量中的粗差对状态向量滤波值的影响规律 ,导出了抗差卡尔曼滤波模型 ,该模型对观测空间和设计空间均具有良好的抗差性。通过对含有粗差的模拟 GPS监测网的计算 ,与标准卡尔曼滤波模型相比较 ,利用该抗差滤波模型 ,可获得可靠... 详细信息

根据量测向量中的粗差对状态向量滤波值的影响规律 ,导出了抗差卡尔曼滤波模型 ,该模型对观测空间和设计空间均具有良好的抗差性。通过对含有粗差的模拟 GPS监测网的计算 ,与标准卡尔曼滤波模型相比较 ,利用该抗差滤波模型 ,可获得可靠的变形分析结果。

关键词：抗差卡尔曼滤波 GPS监测网等价增益矩阵粗差变形监测数据