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无人机状态检测kalman滤波空地目标跟踪算法

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航空学报 2024年第16期45卷 227-246页

作者：徐心宇陈建中国农业大学工学院北京100083 浙江省农业智能装备与机器人重点实验室杭州310058 浙江大学生物系统工程与食品科学学院杭州310058

针对无人机(UAV)面向空地目标进行目标跟踪过程中,发生目标离开视野、目标被遮挡、存在相似目标干扰等问题导致追踪失败的情况,提出一种基于追踪状态检测和kalman滤波的重定位更新机制,将其与孪生全卷积网络(siamfc)跟踪器结合。以空地... 详细信息

针对无人机(UAV)面向空地目标进行目标跟踪过程中,发生目标离开视野、目标被遮挡、存在相似目标干扰等问题导致追踪失败的情况,提出一种基于追踪状态检测和kalman滤波的重定位更新机制,将其与孪生全卷积网络(siamfc)跟踪器结合。以空地目标为被跟踪对象,以无人机为跟踪空地目标的跟踪者,首先,基于双峰选择、平均峰值相关能量变化率、最高响应值变化率和峰值旁瓣比变化率的检测机制检测当前的追踪状态是否异常,判断siamfc的追踪结果是否满足作为观测值的要求。其次,kalman滤波利用目标运动的先验信息对追踪进行预测更新,当追踪状态异常时能够及时校正调整目标跟踪结果。基于LaSOT数据集完成训练,在UAV123航空数据集和自制的以无人机为目标的数据集上进行实时目标跟踪测试和对比实验。实验结果表明:该算法在UAV123上的精确率和成功率分别为66.0%和47.4%(62帧/s),在自制的以无人机为目标的数据集上的精确率和成功率分别为72.0%和58.6%(55帧/s),满足目标跟踪的实时性要求,且跟踪结果优于多数跟踪器。该算法在无人机为跟踪者和被跟踪对象的情况下均能完成有效目标跟踪,应对目标离开视野、部分或全部遮挡和存在相似目标干扰等挑战性场景的能力有所增强,且算法具有良好的泛化能力。

关键词：无人机目标跟踪孪生网络 kalman滤波重定位机制追踪状态检测

基于kalman滤波与频率聚焦的单声源到达方向实时估计与跟踪方法

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清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：周静鲍长春段海威北京工业大学信息学部语音与音频信息处理研究所

为改善在噪声、混响及声源移动情况下传统到达方向(direction of arrival, DOA)估计方法的性能,该文提出一种基于kalman滤波与频率聚焦的单声源DOA实时估计与跟踪方法。该方法由去噪、去混响和DOA估计3个步骤构成。其中:去噪与去混响步... 详细信息

为改善在噪声、混响及声源移动情况下传统到达方向(direction of arrival, DOA)估计方法的性能,该文提出一种基于kalman滤波与频率聚焦的单声源DOA实时估计与跟踪方法。该方法由去噪、去混响和DOA估计3个步骤构成。其中:去噪与去混响步骤的目标函数分别由最小化去噪信号误差和多通道线性预测系数误差建立,并分别通过kalman滤波求解;DOA估计步骤通过基于频率聚焦的导向响应功率实现。该文所提方法建立在传播矩阵集成去混响与去噪步骤的基础上,通过波束形成获得的期望信号的先验估计, DOA估计步骤被进一步集成,从而促进3个步骤间的因果有序迭代。实验结果表明:与参考方法相比,该文所提方法的DOA估计与跟踪性能更优。

关键词：到达方向估计多通道线性预测 kalman滤波频率聚焦去混响

基于kalman滤波与应变信号的舰船轴系推力辨识研究

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噪声与振动控制 2024年第2期44卷 32-36,43页

作者：马相龙吴昊薛林塔娜饶柱石邹冬林上海船舶设备研究所上海200031 上海交通大学机械系统与振动全国重点实验室上海200240

在线、实时、准确监测舰船螺旋桨推力对船-机-桨匹配设计、舰船快速性预报及推进轴系健康管理等具有重要意义。然而,受轴系振动及环境干扰等测量噪声影响,螺旋桨推力产生的微弱应变信号易被测量噪声淹没,导致难以准确测量推力。当前,一... 详细信息

在线、实时、准确监测舰船螺旋桨推力对船-机-桨匹配设计、舰船快速性预报及推进轴系健康管理等具有重要意义。然而,受轴系振动及环境干扰等测量噪声影响,螺旋桨推力产生的微弱应变信号易被测量噪声淹没,导致难以准确测量推力。当前,一些常用的信号降噪方法,比如傅里叶变换、小波分析等均是基于纯数据降噪,未考虑测量数据中潜藏的力学机制。不同于这类降噪方法,kalman滤波可同时考虑测量数据噪声及数据中的力学机制,对目标实现最小方差无偏估计,因而有更高的估计精度。因此,本文利用kalman滤波结合应变测量信号提出一种螺旋桨推力高精度、在线辨识方法。以恒定转速、变转速及低频波动转速3种工况为例,研究了不同信噪比下本文方法的推力辨识精度与鲁棒性。研究表明,在信噪比仅为20 d B时,推力辨识最大相对误差仅为4.85%,因此本文方法在低信噪比下仍有很高的辨识精度与鲁棒性。同时,本文提出方法属于时域辨识方法,在转速突变、螺旋桨缠绕渔网等突发工况时亦能实时跟踪推力变化,因此可用于螺旋桨推力及轴系状态的在线、实时监测。

关键词：振动与波 kalman滤波推力辨识应变测量在线监测

kalman滤波在自动化监测数据噪声处理上的应用研究

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岩土工程技术 2024年第4期38卷 398-401页

作者：张子真周宏磊张建坤贾辉北京市勘察设计研究院有限公司北京100038 北京市道路与市政管线地下病害工程技术研究中心北京100038

对kalman滤波在静力水准和固定式测斜仪原始数据降噪处理中的应用进行研究。结果表明,在缓慢变形条件下,kalman滤波可以有效过滤原始数据中的噪声,提供试验结果,还原监测对象真实变形情况。但在突发变形情况下,Kal-man滤波反应滞后。因... 详细信息

对kalman滤波在静力水准和固定式测斜仪原始数据降噪处理中的应用进行研究。结果表明,在缓慢变形条件下,kalman滤波可以有效过滤原始数据中的噪声,提供试验结果,还原监测对象真实变形情况。但在突发变形情况下,Kal-man滤波反应滞后。因此,实际应用中应综合使用滤波前和滤波后的数据,以更准确地研判变形趋势和规律,为自动监测数据的噪声处理提供了新的思路和方法。通过kalman滤波的应用,可以进一步提高监测数据的准确性和可靠性,为工程安全监测和地质灾害预警等领域提供支持。

关键词： kalman滤波静力水准固定式测斜仪

基于kalman滤波思想的接触线高度检测数据粗差修正算法

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中国铁路 2024年第1期 162-168页

作者：王斌王婧杨志鹏刘晓峰曹春生中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081 中国国家铁路集团有限公司铁路基础设施检测中心北京100081 中国铁路西安局集团有限公司检测所陕西西安710054

接触线高度平顺性是评价接触网设备动态运行质量的重要指标。针对接触线高度检测数据中的粗差,基于kalman滤波思想提出相应的粗差辨识与修正算法。将接触线高度视作一个连续平稳系统,利用矩形窗函数定义系统状态值,实现检测数据的分段... 详细信息

接触线高度平顺性是评价接触网设备动态运行质量的重要指标。针对接触线高度检测数据中的粗差,基于kalman滤波思想提出相应的粗差辨识与修正算法。将接触线高度视作一个连续平稳系统,利用矩形窗函数定义系统状态值,实现检测数据的分段线性化;依据系统状态值的回归预测方法和状态差异的量化方案,构建粗差辨识与修正算法,并引入适用于锚段关节处双支接触线采集特征的回溯机制;基于大量实测数据,采用显著性检验等统计方法确定算法参数,并从回溯、修正、运用和实时性等方面,对算法有效性和可行性进行分析验证,结果表明:该算法能够完成各类接触线高度检测粗差的高速实时辨识与修正。

关键词：接触网接触线高度检测数据粗差修正 kalman滤波回溯机制

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模糊自适应kalman滤波算法在SINS/DR组合导航的应用

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兵工自动化 2024年第9期43卷 1-6页

作者：许建国周源王少蕾海军工程大学兵器工程学院武汉430033

针对里程仪测量误差导致组合导航精度降低的问题,提出基于系统工作状态和滤波器新息状态相结合的模糊自适应算法。根据新息的变化确定模糊规则,修正里程仪输出增益,使新息始终保持在零均值附近,利用修正后的新息修正观测噪声方差,降低... 详细信息

针对里程仪测量误差导致组合导航精度降低的问题,提出基于系统工作状态和滤波器新息状态相结合的模糊自适应算法。根据新息的变化确定模糊规则,修正里程仪输出增益,使新息始终保持在零均值附近,利用修正后的新息修正观测噪声方差,降低导航定位的偏差。仿真实验结果证明,该算法能够很好地提高组合导航定位的精度。

关键词： SINS/DR组合导航里程仪模糊自适应算法 kalman滤波

基于不同状态模型kalman滤波的建筑物沉降预测研究

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测绘标准化 2024年第2期40卷 81-86页

作者：叶俊华张雅如朱伟浙江农林大学环境与资源学院浙江杭州311300 西安明德理工学院陕西西安710000

建筑物形变预测预报对减少生命财产损失具有重要意义,基于形变监测数据构建模型是形变预测分析的重要方法。本文利用kalman滤波,基于不同状态模型构建预测算法,并分析验证不同模型的预测精度,以获取最优预测模型,提高预测精度。本文选... 详细信息

建筑物形变预测预报对减少生命财产损失具有重要意义,基于形变监测数据构建模型是形变预测分析的重要方法。本文利用kalman滤波,基于不同状态模型构建预测算法,并分析验证不同模型的预测精度,以获取最优预测模型,提高预测精度。本文选取了长安大学地学科技大厦的各期形变监测数据,并结合kalman滤波算法,分别采用随机游走、常速度、常加速度3种不同状态的估计模型,建立建筑物沉降预测算法,并对不同算法进行实验验证和对比分析。结果表明,基于常加速度状态预测模型的预测结果精度优于常速度状态预测模型和随机游走预测模型kalman滤波的预测结果,其精度分别提高了15%和21%。

关键词： kalman滤波沉降监测状态估计沉降预测

基于kalman滤波的组合预测模型在建筑物变形监测中的应用

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测绘与空间地理信息 2024年第5期47卷 202-204,207页

作者：王靖杜国政浙江省测绘科学技术研究院浙江杭州310030

根据建筑物沉降监测数据的特点,结合kalman滤波算法、BP神经网络模型以及AR自回归模型在数据降噪、数据预测中的优势,提出并构建了一种新的基于kalman滤波的BP-AR沉降预测模型。该组合预测模型实现建筑物变形预测的主要步骤为:首先,通过... 详细信息

根据建筑物沉降监测数据的特点,结合kalman滤波算法、BP神经网络模型以及AR自回归模型在数据降噪、数据预测中的优势,提出并构建了一种新的基于kalman滤波的BP-AR沉降预测模型。该组合预测模型实现建筑物变形预测的主要步骤为:首先,通过kalman滤波算法对原始观测数据进行降噪,消除随机噪声误差对观测数据的影响;其次,通过BP神经网络模型对降噪后序列进行建模与预测;最后使用AR模型对预测残差进行建模与预测。通过实际建筑物沉降监测数据对本文提出的组合预测模型进行验证,结果表明相较于BP神经网络模型与BP-AR模型,本文提出的组合预测模型的预测精度更高,有效降低了噪声影响,具有较高的优越性。

关键词：建筑物沉降预测 kalman滤波 BP神经网络模型 AR自回归模型

kalman滤波辅助的室内伪卫星相对定位算法

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物理学报 2014年第22期63卷 411-417页

作者：刘洋洋廉保旺赵宏伟刘亚擎西北工业大学电子信息学院西安710072

在室内伪卫星独立定位系统中,伪卫星以及接收机的钟差会给定位精度带来非常大的误差.针对这一问题,提出了一种适用于室内环境的相对定位算法.使用kalman定位算法粗略计算接收机位置,获得粗略基线,建立室内相对定位模型,得到载波相位双... 详细信息

在室内伪卫星独立定位系统中,伪卫星以及接收机的钟差会给定位精度带来非常大的误差.针对这一问题,提出了一种适用于室内环境的相对定位算法.使用kalman定位算法粗略计算接收机位置,获得粗略基线,建立室内相对定位模型,得到载波相位双差和伪距双差.载波相位双差通过互补kalman滤波器来平滑伪距双差,进一步得到精确基线,获得接收机精确位置,并将其代替kalman定位算法的校正结果,对接收机进行下一状态预测.实验结果表明,该算法具有较高的定位精度,定位误差在20 cm以内.

关键词：伪卫星相对定位双基线 kalman滤波