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负载口独立控制系统非线性滤波抑振方法

西安交通大学学报 2023年

作者：程敏侯严迪丁孺琦重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室

针对负载口独立控制系统在作业过程中，时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡和液压缸两腔压力波动，从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题，分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方... 详细信息

针对负载口独立控制系统在作业过程中，时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡和液压缸两腔压力波动，从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题，分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性，阐明了引发速度振荡与压力波动的原因。然后，基于该控制系统，提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法，并给出了非线性滤波器的边界选取原则。最后，设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器，通过修改参考流量信号，降低了不同程度下突变信号对执行器速度的影响。基于20吨挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真，结果表明：相较于传统阻尼补偿方法，采用所提方法能够有效降低阶跃信号和斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动，且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小，并使速度振荡降低了32.5%～64.7%，从而有效改善了系统的动态特性。

关键词：负载口独立压力流量复合控制非线性滤波突变信号抑振

受观察噪声影响的不可料非线性滤波方程及线性滤波稳定性

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数学物理学报（A辑） 2023年第4期43卷 1244-1254页

作者：李继泽邱吉秀周永辉贵州师范大学数学科学学院贵阳550025 贵州师范大学大数据与计算机科学学院贵阳550025

针对一类不可料信号过程噪声与观察过程噪声相关的非线性系统,借助信息域扩张方法,将该系统转化为关于扩张信息域相适应的更高维系统,然后导出高维适应系统的Zakai方程和Kushner-FKK方程及其在线性情况下的显式解.作为应用,得到一类不... 详细信息

针对一类不可料信号过程噪声与观察过程噪声相关的非线性系统,借助信息域扩张方法,将该系统转化为关于扩张信息域相适应的更高维系统,然后导出高维适应系统的Zakai方程和Kushner-FKK方程及其在线性情况下的显式解.作为应用,得到一类不可料常系数线性系统滤波的渐近稳定性.

关键词：不可料非线性系统非线性滤波 Zakai方程 Kushner-FKK方程线性滤波渐近稳定性

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船岸通信技术下舰船导航信号非线性滤波

舰船科学技术 2022年第20期44卷 139-142页

作者：王永杰天津海运职业学院信息工程系天津300350

舰船导航信号容易受到噪声的干扰,因此提出一种基于船岸通信技术的舰船导航信号非线性滤波方法。计算舰船正常运行的状态轨迹参数,构建一阶马尔可夫归一方程,将不同类型的噪声信号组成不同非线性序列,通过离散化处理完成导航信号的去噪... 详细信息

舰船导航信号容易受到噪声的干扰,因此提出一种基于船岸通信技术的舰船导航信号非线性滤波方法。计算舰船正常运行的状态轨迹参数,构建一阶马尔可夫归一方程,将不同类型的噪声信号组成不同非线性序列,通过离散化处理完成导航信号的去噪处理。构建量测模型,降低导航信号接收偏差。采用船岸通信技术计算序列中噪声信号和普通信号的传输时延,引入协方差矩阵通过矩阵求解信号的时延均值,凭借约束导航信道的时延量实现非线性滤波。实验数据表明,所提方法非线性滤波效果较好,对不同强度的噪声信号均能实现高效稳定滤波。说明本文方法的整体实用价值较高,适用性较强。

关键词：船岸通信技术非线性滤波噪声信号非线性序列传输时延

非线性滤波CRLB推导及在目标跟踪中的应用

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光电工程 2007年第4期34卷 26-29,113页

作者：郭云飞韦巍薛安克浙江大学电气工程学院浙江杭州310027 杭州电子科技大学智能信息与控制研究所浙江杭州310018

针对可叠加零均值高斯白噪声的非线性滤波,利用无迹变换,推导出理论上的误差性能下界Cramér-RaoLow Bound(CRLB)。在利用光电信号对目标进行纯方位角跟踪中,提出一种次优的非线性滤波算法——距离参数化无迹卡尔曼滤波(RPUKF)。仿真中... 详细信息

针对可叠加零均值高斯白噪声的非线性滤波,利用无迹变换,推导出理论上的误差性能下界Cramér-RaoLow Bound(CRLB)。在利用光电信号对目标进行纯方位角跟踪中,提出一种次优的非线性滤波算法——距离参数化无迹卡尔曼滤波(RPUKF)。仿真中将其和距离参数化扩展卡尔曼滤波(RPEKF)的性能曲线以及理论性能下界做了比较。结果表明,两种次优算法的曲线逐渐逼近理论下界,且PRUKF性能更优。

关键词： CRLB 非线性滤波无迹变换目标跟踪

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一种神经网络优化的非线性滤波算法

控制工程 2023年

作者：张家齐马怡灼周运森南京大学工程管理学院

为了进一步改善无损粒子滤波（Unscented particle filter，UPF）在重要性采样过程和重采样过程中的不足并尽量满足在对强非线性系统可获得较高滤波精度的前提下提出了一种神经网络优化的非线性滤波算法，该算法减缓了粒子退化贫化以尽... 详细信息

为了进一步改善无损粒子滤波（Unscented particle filter，UPF）在重要性采样过程和重采样过程中的不足并尽量满足在对强非线性系统可获得较高滤波精度的前提下提出了一种神经网络优化的非线性滤波算法，该算法减缓了粒子退化贫化以尽量提高粒子使用效率并降低粒子数目要求及粒子舍弃率以相对减少计算量。在重要性采样过程中通过Stirling插值公式设置中心差分Sigma点以改进无损变化（Unscented transfer）中传统的比例对称修正框架，并在该改进的基础上与粒子滤波(Particle filter， PF)相结合从而优化了重要性采样过程，提高了近似目标后验分布的准确性。在重采样过程中采用BP神经网络通过对权值进行分裂获得输入，经过对权值的训练后明显改善了权值退化的过程并改善了整体滤波性能。仿真结果表明该算法对于非线性非高斯系统在较少的粒子数目和较大的观测噪声下表现均较好。

关键词：非线性滤波粒子滤波 Stirling插值公式无损变换 BP神经网络

基于非线性滤波的多目标追踪系统的研究与实现

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基于非线性滤波的多目标追踪系统的研究与实现

作者：郑鑫尧西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着探测设备的更新换代,目标追踪领域迎来了新的发展。近年来,目标追踪技术已成为军事和民用领域的重要研究课题,其应用范围极其广泛。从导弹追踪、轨迹追踪到异常检测等方向,目标追踪技术都可以得到有效的实施。本文主要基于无源被动... 详细信息

随着探测设备的更新换代,目标追踪领域迎来了新的发展。近年来,目标追踪技术已成为军事和民用领域的重要研究课题,其应用范围极其广泛。从导弹追踪、轨迹追踪到异常检测等方向,目标追踪技术都可以得到有效的实施。本文主要基于无源被动雷达的多目标追踪系统进行研究。为了解决飞行器运动模式识别的问题,对SVM、BP神经网络、CNN卷积神经网络、GRU门控循环单元的原理进行研究。随后为了解决CNN和GRU无法同时提取出航迹的位置特征和时序特征而导致运动模式识别的准确率不高的问题,研究已有的CNN-GRU模型理论。设计仿真实验对处于不同运动模式的轨迹进行识别,实验结果证明了相较于MSVM、BP、CNN模型,CNN-GRU在RMSE上分别下降了53%、58%、33%,从而表明其识别准确率更高。另外CNN-GRU相较于其它模型训练时间和识别时间差距不大。为了提升单目标追踪的精度,研究基于贝叶斯框架下的卡尔曼滤波算法。通过仿真实验验证了非线性滤波相较于线性滤波在非线性系统估计中追踪效果更好,以及多模型滤波器相较于单模型滤波器对机动模式下目标有更好的追踪效果。随后为了解决IMM-CKF滤波器中模型概率与真实情况差距大的问题,针对IMM-CKF模型中模型概率的离散程度,将CNN-GRU模型生成的运动模式实时预测概率信息融入其中进行调整,形成融合IMM-CKF算法。最终通过仿真实验来追踪处于机动模式下的目标,结果表明融合IMM-CKF与IMM-CKF相比模型概率均方根误差降低约65%,位置均方根误差降低约13%。本文使用基于密度的异常检测中局部离群因子LOF算法思想来解决航迹异常检测问题。在已有的多维局部离群因子MDLOF算法的基础上,通过融合由历史航迹数据构建KD树结构形成KD-MDLOF算法,以提升查询K近邻航迹的效率。通过仿真实验证明了KD-MDLOF相较于MDLOF在查询同等数量异常航迹的耗时平均降低16%左右。最后结合以上研究,完成基于无源被动雷达的多目标追踪系统软件的研发。系统实现了对飞行器态势识别、航迹预测、异常检测等功能,其中航迹数据并行输入航迹预测模块与异常检测模块进行处理。目前系统已经完成开发与调试工作。

关键词：多目标追踪 CNN-GRU 非线性滤波交互式多模型异常检测算法

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基于非线性滤波的移动机器人位姿估计

华东理工大学学报（自然科学版） 2007年第4期33卷 558-563页

作者：陈杨钟刘士荣俞金寿华东理工大学自动化研究所上海200237 杭州电子科技大学自动化研究所杭州310018

研究了基于扩展卡尔曼滤波和粒子滤波的移动机器人位姿估计。由于扩展卡尔曼滤波必须假定噪声服从高斯分布,若用于复杂非线性系统,其估计精度不甚理想。粒子滤波对噪声类型没有限制,正在成为非线性系统状态估计的有效近似方法。在不同... 详细信息

研究了基于扩展卡尔曼滤波和粒子滤波的移动机器人位姿估计。由于扩展卡尔曼滤波必须假定噪声服从高斯分布,若用于复杂非线性系统,其估计精度不甚理想。粒子滤波对噪声类型没有限制,正在成为非线性系统状态估计的有效近似方法。在不同噪声条件下,对基于粒子滤波和扩展卡尔曼滤波的移动机器人位姿估计问题进行了比较研究。仿真结果表明:粒子滤波能明显地改善移动机器人位姿估计的鲁棒性和精度。

关键词：移动机器人位姿估计扩展卡尔曼滤波粒子滤波非线性滤波

基于磁强计和光纤陀螺的小卫星姿态确定非线性滤波算法

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国防科技大学学报 2013年第1期35卷 1-6页

作者：吴锦杰刘昆石实张斌斌国防科技大学航天科学与工程学院湖南长沙410073 北京市航天指挥控制中心北京100094

提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得... 详细信息

提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得到滤波器的增广状态向量;第二,分别建立向量旋转模型、最优化模型和误差四元数乘法模型来确保非线性滤波过程中四元数的归一化约束。仿真分析结果表明,本文提出的非线性滤波算法能够有效地提高小卫星的定姿性能,与扩展卡尔曼滤波相比,具有较高的精度、稳定性和较快的收敛速度;与无迹卡尔曼滤波相比,收敛性相当,但是精度略优,稳定性和计算效率较高。

关键词：非线性滤波增广状态向量向量旋转最优化误差四元数姿态确定小卫星

关于卫星姿态确定非线性滤波算法的研究(英文)

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宇航学报 2010年第12期31卷 2730-2740页

作者：黄琳荆武兴航天东方红卫星有限公司研发中心北京100094 哈尔滨工业大学航天工程系哈尔滨150001

本文探讨了利用方位矢量和陀螺速率观测信息确定卫星姿态的问题。该问题实际上是一个非线性/非高斯状态滤波问题,因此,经典的基于EKF和UKF算法的姿态滤波器有可能失败,尤其是当初始状态的先验估计不可能精确得知的情况下。近来,粒子滤... 详细信息

本文探讨了利用方位矢量和陀螺速率观测信息确定卫星姿态的问题。该问题实际上是一个非线性/非高斯状态滤波问题,因此,经典的基于EKF和UKF算法的姿态滤波器有可能失败,尤其是当初始状态的先验估计不可能精确得知的情况下。近来,粒子滤波理论已经开始应用于姿态确定问题,但是,这类算法往往需要大量的"粒子",这对有限计算能力来说是一个沉重的负担。为此,本文尝试利用双重滤波方法,在每个序贯估计过程中,将有陀螺姿态确定问题暂时分解为1个四元数估计问题和1个陀螺常漂参数估计问题。本文提出了2个双重滤波器,包括1个姿态确定双重粒子滤波器和1个姿态确定的混合型滤波器。这两者都采用一个相同的四元数粒子滤波器,但在粒子重采样和平滑处理方面,不同于近来提出的类似滤波器。至于陀螺常漂估计,双重粒子滤波器发展了一个辅助粒子滤波器,而混合滤波器中则发展了一个参数UKF滤波器。通过与经典的姿态确定滤波器的仿真比较,证实了本文新提的2个算法的有效性和优越性。

关键词：姿态确定贝叶斯估计非线性滤波双重滤波粒子滤波