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基于改进huber估计的水下尺度目标参数估计

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水下无人系统学报 2012年第5期20卷 339-343页

作者：杨向锋杨云川郭磊中国船舶重工集团公司第705研究所

尺度目标参数是水下声自导武器近程进行弹道机动和垂直命中攻击的关键参数,有效估计尺度目标的特征参数对保证水下声自导武器作战毁伤效果至关重要。本文利用水下声自导武器检测得到的尺度目标多亮点信息对目标尺度参数进行估计,然而目... 详细信息

尺度目标参数是水下声自导武器近程进行弹道机动和垂直命中攻击的关键参数,有效估计尺度目标的特征参数对保证水下声自导武器作战毁伤效果至关重要。本文利用水下声自导武器检测得到的尺度目标多亮点信息对目标尺度参数进行估计,然而目标不同反射部位的反射能力不同,对应的多亮点检测信噪比存在差异,直接利用最小二乘拟合进行尺度参数估计可能会造成较大的估计误差。基于huber稳健M估计原理,通过分析对huber估计进行了改进,该方法利用亮点强度和拟合误差计算迭代拟合权值矩阵,通过拟合误差剔除可能存在的干扰亮点,能对目标长度、走向角、等效点进行有效估计。仿真分析和实航试验结果均表明,该方法具有稳健的收敛性能,能有效剔除干扰点,具有较强的抗干扰能力和较高的参数估计精度。

关键词：水下声自导武器尺度目标多亮点 huber估计目标长度目标走向角目标等效点

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基于微型PMU的配电线路抗差参数辨识

电力自动化设备 2019年第2期39卷 1-7,43页

作者：薛安成徐飞阳游宏宇徐劲松 Kenneth E.Martin 毕天姝华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网上海市电力公司上海200122 Electric Power Group Pasadenausaca91101

微型相量测量单元装置为智能配电网提高可观性和可控性提供了基础。研究了基于微型相量测量单元的配电网线路参数抗差辨识方法:针对配电网三相运行不对称的情况,构建了基于相分量描述的配电线路三相π型等值模型,结合微型相量测量单元... 详细信息

微型相量测量单元装置为智能配电网提高可观性和可控性提供了基础。研究了基于微型相量测量单元的配电网线路参数抗差辨识方法:针对配电网三相运行不对称的情况,构建了基于相分量描述的配电线路三相π型等值模型,结合微型相量测量单元提供的多组线路两端电压、电流相量数据,提出了基于相分量模型的、适应配电网不对称运行的最小二乘线路参数辨识方法;并引入2种抗差方法,一种为基于huber估计的抗差最小二乘法,另一种为基于中位数估计的抗差最小二乘法。在中性点经消弧线圈或小电阻接地系统中,所提方法仅需要线路两端的电压和电流相量即可在辨识线路相参数的同时获得线路正序和零序参数;在中性点不接地系统中,由于没有零序电流分量,当系统正常运行时所提方法可辨识线路正序参数。算例仿真验证了所提方法的有效性,并比较了2种抗差方法在辨识精度、计算耗时方面的优劣,结果表明,基于中位数估计的抗差最小二乘法的抗差性能更好,计算时间较短。

关键词：配电线路微型PMU 抗差参数辨识相分量法最小二乘法 huber估计中位数估计中性点接地方式

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M-估计耦合双边滤波的正则化超分辨率重建

计算机应用 2010年第11期30卷 3005-3007页

作者：丁静王培康中国科学技术大学电子工程与信息科学系合肥230026

在正则化超分辨率重建框架下,基于M-估计理论和双边滤波思想,建立了一种鲁棒的超分辨率重建统一能量泛函。该能量泛函融合了M-估计的鲁棒性处理机制和双边滤波的双重异性加权机制,提高了算法的鲁棒性和边缘保持特性。鉴于采用最小二乘... 详细信息

在正则化超分辨率重建框架下,基于M-估计理论和双边滤波思想,建立了一种鲁棒的超分辨率重建统一能量泛函。该能量泛函融合了M-估计的鲁棒性处理机制和双边滤波的双重异性加权机制,提高了算法的鲁棒性和边缘保持特性。鉴于采用最小二乘估计的CLS算法和采用最小一乘估计的Farsiu重建算法在边缘保持特性方面存在的不足,在算法实现时选用了huber稳健M-估计。不论是视觉效果还是峰值信噪比(PSNR),实验结果都表明该算法的有效性。

关键词：正则化超分辨率重建框架 M-估计双边滤波边缘保持特性 huber估计

考虑量测误差的电热综合能源系统状态估计方法

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全球能源互联网 2022年第5期5卷 447-453页

作者：李晓李满礼胡云龙刘国静胡晓燕倪明南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 江苏省南京市211106 智能电网保护和运行控制国家重点实验室江苏省南京市211106 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院江苏省南京市210008

随着“双碳”背景下新型电力系统的建设,传统的单一供能网络逐渐发展成为多能耦合的综合能源系统。综合能源系统在信息采集和传输过程中会不可避免地出现量测误差,而传统的加权最小二乘法无法抑制其影响,影响状态估计的精度。为此,提出... 详细信息

随着“双碳”背景下新型电力系统的建设,传统的单一供能网络逐渐发展成为多能耦合的综合能源系统。综合能源系统在信息采集和传输过程中会不可避免地出现量测误差,而传统的加权最小二乘法无法抑制其影响,影响状态估计的精度。为此,提出一种考虑量测误差的电热综合能源系统状态估计方法。首先,在考虑电力系统、热力系统以及耦合元件运行特性的基础上,建立电热综合能源系统量测模型。其次,将基于huber估计的抗差状态估计方法拓展到电热综合能源系统中,提出电热综合能源系统抗差状态估计方法,并对电热耦合系统进行冗余度分析。最后,基于某电热综合能源系统算例,计算不同坏数据比例下的电压、相角、压强等状态估计误差,验证所提抗差估计方法的有效性。

关键词：综合能源系统状态估计量测误差电热耦合 huber估计抗差估计

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多AUV协同导航鲁棒自适应性滤波算法研究

多AUV协同导航鲁棒自适应性滤波算法研究

作者：卢少然哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

智能水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)做为人类探索海洋的新手段,不仅具有可靠安全、可重复利用等特点,还可以通过配置不同的设备实现功能的多样化。单一的AUV由于自身体积所限制,只能携带有限的探索设备,为此提出了多AU... 详细信息

智能水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)做为人类探索海洋的新手段,不仅具有可靠安全、可重复利用等特点,还可以通过配置不同的设备实现功能的多样化。单一的AUV由于自身体积所限制,只能携带有限的探索设备,为此提出了多AUV的集群式作业模式。在多AUV协同编队中,导航系统做为重要组成部分是编队成功执行任务的关键。协同导航做为多AUV编队的一种新的导航方法,不仅具有较高的定位精度还可以明显降低成本。由于水下环境的特殊性,如何提升协同导航的鲁棒自适应性至关重要。本文提出了一种基于改进huber估计下的协同导航鲁棒滤波算法,该算法能有效抑制量测噪声为近似高斯分布下且有异常点的情况,针对量测噪声协方差矩阵时变导致的协同导航定位精度下降的问题提出了采用交互式多模型算法进行处理。首先,介绍了多领航者情况下的协同导航基本原理和数学模型并建立该模型下的滤波算法;介绍了单领航者下的的利用相对距离和方位实现定位和利用移动向量定位两种协同导航方法,并给出了利用移动向量的协同导航滤波算法;考虑洋流影响后给出了系统模型和滤波算法。其次,研究了在量测噪声分布为近似高斯下的协同导航鲁棒性滤波算法。在最大似然估计的基础上介绍了一种huber估计法,并将其应用于协同导航滤波算法中,实现了在量测噪声为近似高斯分布下的鲁棒滤波。再次,针对多AUV协同导航中量测异常的情况,介绍了两种异常点的鉴别方法并通过例子分析方法的优劣性,结合异常点的鉴别方法给出了改进的huber估计。在改进的huber估计基础上推导出了新的协同导航鲁棒滤波算法。讨论了在量测异常情况下该滤波算法的性能。最后,针对协同编队工作环境多变,量测噪声协方差矩阵具有时变性等特点,提出了基于交互式多模型下的协同导航滤波算法。分析了该算法在量测噪声时变下的性能。将鲁棒性滤波算法与交互式多模型算法相结合,给出了一种新的协同导航鲁棒自适应性滤波算法,分析了其定位效果的优劣。

关键词： AUV 协同导航 huber估计交互式多模型鲁棒自适应滤波

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惯性/视觉组合导航系统的研究

惯性/视觉组合导航系统的研究

作者：邓丽颖哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本文研究了在无GPS等卫星导航系统辅助下,捷联惯导系统(SINS)和单目视觉系统组合的导航方法,为未知复杂环境中的移动机器人提供实时精确、自主导航手段。主要研究的内容为利用视觉摄像机获得外部图像信息进行定位,以及将惯导信息和视觉... 详细信息

本文研究了在无GPS等卫星导航系统辅助下,捷联惯导系统(SINS)和单目视觉系统组合的导航方法,为未知复杂环境中的移动机器人提供实时精确、自主导航手段。主要研究的内容为利用视觉摄像机获得外部图像信息进行定位,以及将惯导信息和视觉信息有机融合,从而获得更高精度的导航系统。首先由单个摄像机拍摄周围环境的图像序列,利用尺度不变特征变换(SIFT)算法提取、匹配相邻图像间的特征元素,计算匹配特征元素之间的关系从而确定载体的相对旋转和平移信息。提取图像特征点时,在保证获得足够正确匹配的条件下,通过设置阈值限制特征点个数,减少了算法运行时间;在特征匹配时,选择Manhattan距离和夹角余弦函数的双重约束作为相似性度量,以提高特征点的正确匹配率;为了进一步剔除错误匹配,利用基于RANSAC的八点法来求解基础矩阵,从而计算载体的相对位置和姿态信息,来进行下一步的组合导航。在惯性/视觉组合导航系统中,本文以组合系统导航参数的误差为状态量,在SINS误差方程的基础上建立状态模型,将SINS解算的相对位置、姿态和视觉系统获得的相对位置、姿态信息作差作为外部量测量,采用Kalman滤波器进行数据融合。仿真结果表明,惯性和视觉相结合的组合导航系统能够有效抑制纯惯导系统长时间积累的导航误差,并实现长时间高精度的导航。但是外界环境的随机扰动和内部系统不准确的模型结构,会给整个组合系统带来了各种不确定因素,使得Kalman滤波技术无法达到最优估计。最后通过交互式多模型估计的方法来解决系统不确定性的问题,本文研究的是随时间改变而未知统计特性的量测和系统噪声,针对不同统计特性的噪声建立不同的模型,并通过多个并行的滤波器来估计系统实际状态。根据多模型估计算法结构化的优点,将其与基于huber估计方法的鲁棒滤波算法进行扩展应用,以进一步增强算法的鲁棒性。仿真结果表明,交互式多模型的算法虽然能解决噪声不确定性的问题,但是如果噪声由于干扰而呈现出非高斯形式,则需要采取鲁棒滤波的方法。基于huber估计的交互式多模型算法就能够有效地抑制噪声存在对称干扰的情况,并对于同时受污染的系统噪声就较好的鲁棒性。

关键词：捷联惯性导航单目视觉导航 SIFT算法多模型估计 huber估计

基于仅测角信息大椭圆轨道编队相对导航方法研究

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基于仅测角信息大椭圆轨道编队相对导航方法研究

作者：袁满哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

编队飞行关键技术之一相对导航技术贯穿整个编队飞行研制、设计、实际应用中。本论文以大椭圆轨道为背景,以航天器编队飞行为前提,研究基于仅测角信息的相对导航滤波问题。在传统全测量信息相对导航滤波过程中,航天器配置的测量敏感器... 详细信息

编队飞行关键技术之一相对导航技术贯穿整个编队飞行研制、设计、实际应用中。本论文以大椭圆轨道为背景,以航天器编队飞行为前提,研究基于仅测角信息的相对导航滤波问题。在传统全测量信息相对导航滤波过程中,航天器配置的测量敏感器数量较多,体积庞大,不适应小型航天器飞行编队;由于技术的限制,星上搭载测量敏感器有效载荷一旦失效,一般无法修复。相较于全测量信息相对导航系统,基于仅测角信息的导航系统缺少“相对距离信息”,本论文从离散时变系统可观测性定义角度出发,定性分析仅测角信息相对导航系统的可观测性;结合基于改进的奇异值分解(SVD)可观测度分析理论,定量计算导航系统及相对状态具体元素可观测度。对缺少“相对距离信息”、导航系统弱可观问题,本文以实施轨道机动获得距离信息和多视线测量两个不同的导航策略予以解决,具有一定的实际应用价值。具体工作主要包括以下几个方面:研究建立航天器间相对运动Tshauner-Hempel方程,并给出扩展卡尔曼滤波算法流程计算式。在追踪器测量坐标系下分别建立全测量信息、基于仅测角信息测量模型;分别推导出两者适应于扩展卡尔曼滤波算法的雅可比矩阵。具体问题具体分析,从离散时变系统角度定性分析基于仅测角信息相对导航系统的可观性;采用了基于改进的奇异值分解(SVD)可观度分析计算方法,定量分析系统及具体变量可观测度;对比两相对导航系统的可观度、导航滤波数学仿真结果发现,基于仅测角信息相对导航系统可观度远小于全测量信息导航系统可观度,与理论分析吻合;基于仅测角信息的相对导航系统导航精度较差,不适用较高导航精度要求问题。深入研究追踪器轨道机动问题,获得相对距离信息,解决了基于仅测角相对导航系统的弱可观问题;采用Bernoulli分布描述不连续相对距离信息获得、测量数据缺失问题,并用基于huber估计的鲁棒卡尔曼滤波算法处理。仿真结果表明,施加轨道机动导航精度合理,该方案可行。通过多视线测量导航策略实现与目标航天器相对状态估计,从空间三角形稳定构型关系分析导航系统可观性;针对测量信息、计算矩阵维数较高等问题,采用分布式Kalman滤波,主辅追踪器相互配合完成导航滤波。数学仿真结果显示滤波精度合适,具有实用意义。对有未知机动加速度的不确定模型,采用适应于多视线测量的MMAE滤波算法解决。

关键词：编队导航仅测角 SVD huber估计分布式

基于SINS/DVL/USBL的UUV极区组合导航技术研究

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基于SINS/DVL/USBL的UUV极区组合导航技术研究

作者：汪晓雨哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

全球气温升高,两极冰雪融化,极区拥有丰富的自然资源,各国对于极区的资源和空间争夺激烈。而水下航行器是极区工作并不可少的工具,其导航定位能力是进行各种工作的前提基础。论文针对水下航行器在极区的导航问题,给出了横向坐标系捷联... 详细信息

全球气温升高,两极冰雪融化,极区拥有丰富的自然资源,各国对于极区的资源和空间争夺激烈。而水下航行器是极区工作并不可少的工具,其导航定位能力是进行各种工作的前提基础。论文针对水下航行器在极区的导航问题,给出了横向坐标系捷联惯导、多普勒和超短基线的极区组合导航系统方案。论文的主要工作有:首先,由于传统惯导力学编排在极区由于经线快速收敛导致无法定向定位问题,采用了一种适合极区惯性导航的横向坐标系方案。给出了横向坐标系的定义,推导了其惯性导航的力学编排,着重分析了其误差特性并与传统坐标系的系统误差进行了比较,为后续以惯导为核心的组合导航建立基础。其次,研究了横向坐标系惯导传统的阻尼和校正技术。为抑制舒勒和傅科周期振荡,在外部速度信息下设计了水平阻尼网络;同时为了抑制地球周期振荡,设计了方位阻尼网络,构成惯导的全阻尼系统。利用外部位置信息采用三点校的方案对系统的位置进行重调,估计出惯导的航向误差和陀螺随机常值漂移,并对其进行校正。然后,建立了横向坐标系惯导和多普勒、超短基线的组合导航方法。基于惯导的误差方程,建立了其状态模型。根据多普勒和超短基线基本原理给出了其状态方程和量测方程。利用卡尔曼滤波器为数据融合方案,分别实现了惯导和多普勒、超短基线的组合方式。仿真实验表明横向坐标系惯导和多普勒组合能有效抑制惯导的系统误差,但是组合的位置误差发散,对于长时间的导航任务采用惯导和超短基线的组合方式能够取得更好的效果。并且三者组合构成的系统具有更好的精度,能够满足水下航行器在极区的工作需求。最后,针对水下环境复杂,传感器容易由于多径效应导致量测值异常的现象,采用了huber估计方法对异常量测噪声进行处理,提高了组合导航算法的鲁棒性。论文给出了基于huber估计的卡尔曼滤波器的算法步骤,并通过采用改进的huber代价函数处理量测噪声中的非高斯厚尾和连续异常值,仿真实验验证了该方法的有效性。

关键词：水下航行器极区组合导航误差抑制卡尔曼超短基线 huber估计

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脉冲噪声下改进型正弦信号幅度估计方法

航空计算技术 2021年第6期51卷 42-45,50页

作者：严凯陆千里丁力侯学彦中国航发控制系统研究所江苏无锡214000

针对传统正弦信号幅度估计方法在脉冲噪声环境下性能退化的问题,提出了一种改进型huber估计方法。利用最小二乘方法给出初始参数估计,得到重建波形和误差信号,为了提升估计精度,在huber估计过程中采用一种新的代价函数,对误差信号进行... 详细信息

针对传统正弦信号幅度估计方法在脉冲噪声环境下性能退化的问题,提出了一种改进型huber估计方法。利用最小二乘方法给出初始参数估计,得到重建波形和误差信号,为了提升估计精度,在huber估计过程中采用一种新的代价函数,对误差信号进行可调整的非线性映射,有效抑制了脉冲噪声对正弦信号幅度估计的影响。为了获得更高的估计精度,采用迭代重加权最小二乘估计的方式获得估计结果。计算机仿真结果表明,改进型正弦信号幅度方法在脉冲噪声环境下比传统估计方法具有更好的幅度估计精度。

关键词：幅度估计实正弦波 huber估计迭代重加权最小二乘