基于EKF和自适应抗差滤波的星载GPS定轨方法

针对在星载GPS卫星定轨中由于卫星动力学模型误差和不可避免的观测异常严重影响定轨精度的问题,通过采用适当的自适应控制因子和应用抗差估计原理,构造自适应抗差扩展卡尔曼滤波(RAEKF)来实现星载GPS卫星定轨。实测计算表明,自适应抗差扩展卡尔曼滤波对观测误差和状态扰动有一定的抵制能力,与一般扩展卡尔曼滤波相比提高了精度,证明其理论的可行性。     

组合导航抗差自适应卡尔曼滤波

针对组合导航系统的定位精度与稳定性要求不断提高的现状,该文引入一种观测噪声协方差与抗差自适应相结合的Kalman滤波算法。利用新息向量和移动窗口协方差分析法,动态自适应修正观测噪声协方差阵;通过分析基于状态不符值、方差分量的统计量构造的自适应因子所存在的问题,提出一种由预测残差向量构造的自适应因子。仿真结果表明,该方法能够有效抑制观测异常对组合导航定位精度的影响。     

将GPS广播星历算法作为低轨卫星动力学模型的综合定轨方法

根据GPS广播星历算法的预报特性和自适应抗差滤波原理,提出了一种将GPS广播星历算法作为低轨卫星动力学模型的自适应抗差滤波综合定轨方法。计算结果表明,所提出的自适应抗差滤波综合定轨方法不仅充分利用了几何观测信息,而且通过自适应因子合理地控制了不可靠的广播星历预报信息对滤波解的贡献,有效地保证了定轨的精度和可靠性。     

观测卫星不足时的GPS/INS紧组合抗差自适应滤波

常规GPS/INS紧组合抗差自适应滤波只适用于卫星数≥4的情况,且预测残差构造自适应因子要求观测值可靠。针对该局限性,对常规抗差自适应滤波算法做出两点改进:1)采用两步滤波,用第1步常规EKF滤波残差构造第二步抗差算法的粗差判别量;2)在第2步滤波用预测残差构造自适应因子时,剔除异常观测值对应的预测残差和预测残差协方差,以削弱观测异常对自适应因子的不良影响。实验结果表明,常规抗差算法在卫星数4时不适用。常规自适应滤波算法在观测值存在异常的情况下无法正确修正模型异常。改进后的抗差自适应滤波算法在组合系统观测卫星数4且观测值存在异常的情况下,仍能正确修正观测粗差和动力学模型异常,能够达到良好的导航精度。     

顾及系统噪声和观测噪声的分级自适应信息滤波算法

高精度的载体动态导航与定位不仅需要对载体异常扰动和观测异常有良好控制,还需要对状态方程系统噪声及观测噪声的时变特性有准确认识和处理。首先针对包含系统噪声的动力学模型和包含时变观测噪声的导航系统,提出一种基于信息滤波形式的分级自适应滤波算法。然后针对系统噪声的渐变性和突变性,增加了遗忘因子和二段自适应因子,提高了对突变噪声估计的稳定性;顾及观测噪声的时变特性,采用传感器间差分和观测数据历元差分法估计观测噪声协方差。最后进行了仿真实验和深海拖体实验,结果表明,该算法不仅可以有效地估计系统噪声,还能准确地估计时变观测噪声的协方差阵,提高水下载体动态参数的估计精度。     

先验协方差阵误差对动态Kalman滤波解的影响

分别讨论当标准Kalman滤波动力学模型的状态参数协方差阵、状态噪声的协方差阵及观测噪声的协方差阵含有误差时,对滤波结果的影响并导出相应的解式。利用GPS/INS紧组合导航系统的实测数据对上述分析进行了实验,结果表明,动力学模型信息的协方差阵和观测信息的协方差阵在滤波中具有一个理想的平衡点,该平衡点能够合理分配动力学模型信息和观测信息对滤波解的贡献,从而可以得到可靠的滤波解。     

噪声协方差矩阵加权估计的Sage自适应滤波

介绍了经典 Kalm an滤波和目前广泛使用的 Sage自适应滤波 ,分析了基于新息向量、残差向量和状态改正数向量的自适应协方差估计存在的问题 ,提出了一种改进 Sage自适应滤波的新方法。计算结果表明 ,该方法能有效地控制观测异常和动态扰动异常对噪声协方差估计的影响 ,在高动态 GPS数据处理中具有较强的数值稳定性和自适应性。     

论动态自适应滤波

动态导航与定位的质量取决于对动态载体扰动和观测异常扰动的认知和控制。本文首先介绍了目前广泛使用的Sage自适应滤波，讨论了自适应滤波的残差向量、新息向量及状态参数预报值残差向量的解析关系，以及它们之间的协方差矩阵之间的关系；分析了基于新息向量、残差向量和状态参数预报值残差向量的自适应协方差估计存在的问题。对新近发展起来的抗差滤波、Sage自适应滤波及抗差自适应滤波进行了综合比较与分析，结果表明抗差自适应滤波解算理论与方法除自适应地估计载体状态预报向量的协方差矩阵外，还能自适应地估计任意历元观测量的权。计算结果证实，抗差自适应滤波不仅计算简单，而且能有效地控制观测异常和载体状态扰动异常对动态系统参数估值的影响。     

自适应滤波在LEO星载GPS实时定轨中的应用

针对低轨卫星LEO星载GPS实时定轨中存在的问题,提出了以单点定位结果为观测值,采用自适应卡尔曼滤波(AKF)方法进行动力平滑来实现LEO星载GPS实时动力法定轨.采用2004-03-29～31日的GRACE-A卫星实测数据进行了实时定轨计算,并分析了自适应因子、噪声补偿方差、GPS信号中断对自适应定轨的影响.通过计算分析发现,采用AKF进行LEO星载GPS实时定轨可有效解决采用EKF噪声补偿方差难以确定的难题.同时还发现,采用AKF进行LEO星载GPS实时定轨具有较强的稳定性.     

自适应抗差联邦滤波算法

简要介绍了抗差估计理论;在顾及扰动异常的情况下,把自适应抗差Kalman滤波应用到联邦滤波上,对联邦滤波进行了改进,提出了一种自适应抗差联邦滤波算法.由计算结果可知,自适应抗差联邦滤波能较好地抑制载体观测异常和状态扰动异常对动态系统参数估值的影响,较好地提高导航解的精度.     

GPS结构振动监测数据滤波方法及其性能实验研究

使用GPS监测结构振动的目的在于提取振动信号特征,但GPS观测量受多种误差源的影响,因此,选用合理的数据处理方法有效地分离各误差项,对于提高GPS的监测精度具有重要意义。将Vondrak滤波、小波滤波、自适应FIR滤波和卡尔曼滤波等四种方法应用于资料序列中振动信号的分离,通过对模拟振动实验观测资料的分析表明:运用滤波法可提高GPS测量微小动态变形和变频振动信号的检测能力;4种滤波法均能有效地提高GPS监测结构振动的精度,其中,Vondrak滤波和小波滤波的性能相当,且优于自适应FIR和卡尔曼滤波。同时,在对各滤波法参数选择的优缺点进行分析的基础上,提出不同情况下选择滤波器的建议。     

树结构混合滤波算法

本文总结了中值滤波、均值滤波在滤除图像噪声中的不足，给出了树结构混合滤波器。理论分析和试验表明：树结构混合滤波器具有抑制图像噪声能力强，保持图像几何结构信息，算法结构化，易于计算机软件、硬件实现的特点。     

InSAR干涉图滤波方法研究

探讨多视滤波法、中值滤波法、基于梯度的自适应滤波、additive滤波法四种抑制干涉图噪声的滤波方法.多视滤波法平滑了影像数据,是以牺牲空间分辨率为代价的,通常这种滤波处理应用在从两个单视影像获得的复数影像处理中;作为一种传统的抑制噪声方法,中值滤波技术实质上是一种非线性信号处理技术,它假设噪声具有极端的数值,即在所定义的平滑模板内为最(较)大值或最(较)小值,因此它会使得干涉图丢失一些信息;基于梯度的自适应法是基于梯度的一种中值滤波,它使得边缘更加清晰,该方法可与中值滤波联合使用;Addtive滤波法强调根据局部噪声状况和使用方向平行窗口得到的滤波噪声边缘来自适应的滤除噪声,对于局部噪声状况由关联图来决定.这种方法尤其对高关联的干涉图最为可取.     

粒子滤波算法在GPS/DR组合导航中的应用

针对建议分布函数的选择问题,系统地分析比较了改进的粒子滤波算法。在此基础上提出了一种新的粒子滤波算法——自适应渐消扩展Kalman粒子滤波方法。该方法用渐消扩展Kalman滤波产生建议分布函数,由于参数的可在线调节性,使得系统具有更好的自适应性和鲁棒性。与用转移先验、扩展Kalman滤波、自适应扩展Kalman滤波、迭代扩展Kalman滤波以及无迹Kalman滤波产生建议分布函数的粒子滤波方法相比,自适应渐消扩展Kalman粒子滤波进一步提高了粒子滤波的精度。通过对GPS与航位推算(DR)组合导航系统GPS/DR的试验,验证了该方法的有效性。     

一种新型非线性滤波理论及其应用

研究一种新型的非线性滤波理论,即Unscented卡尔曼滤波（UKF）,同时为了获得更高的计算效率和确保协方差阵的非负定性,研究了平方根UKF。将UKF和平方根UKF应用到星载GPS卫星定轨中,实际算例表明UKF和平方根UKF的性能要优于常用的推广卡尔曼滤波的性能。     

GRACE反演南极冰盖质量变化的高斯与Wiener滤波比较

本文利用UTCSR 2003年1月到2008年8月间的GRACE Level-2 RL04重力场模型估计了南极冰盖质量变化。计算过程中分别采用高斯和Wiener滤波两种平滑方法,分别采用22、43和65个月重力场模型计算Wiener滤波信号与噪声函数,得出以下结论:在实际的计算过程中需要具体计算Wiener滤波平滑因子值,65个月GRACE重力场模型计算得到的Wiener滤波权值非常接近于平滑半径为540km高斯滤波权值;采用两种不同的滤波方法在相同区域质量变化率基本相同。     

GPS动态定位模型的研究

讨论当前三种动态数据处理模型(最小二乘法、卡尔曼滤波法及H∞滤波法)的特性,分析比较这三种模型各自的优点,并通过实测数据和相关软件来对这三种模型各自的应用前提、范围和应用效果进行试验。实验结果表明:当载体处于匀速状态时,这三种模型的精度相当;当载体处于机动加速度时,H∞滤波精度最好,最小二乘次之,卡尔曼滤波最差。     

UKF滤波器性能分析及其在轨道计算中的仿真试验

讨论了UT（unscented transform）变换的性质，给出了一种新的扩展型卡尔曼滤波器UKF（unscented Kalman filter），它不仅具有较高的精度，而且不必计算偏导数阵。仿真分析的结果表明，UKF有良好的状态估计性能，使用简便，适合于非线性系统状态估计。     

用微机设计有源滤波器方法的研究

本文论述了一种用微型计算机对有源滤波器进行辅助设计的思想及其实现方法。其主要特点是:将多种滤波器的设计集成于一体;微机提供的设计结果是一幅标明了元件参数值的具体电路图,而不再仅仅是元件参数值。     

一种改进的SAR影像斑点噪声抑制方法

合成孔径雷达（SAR）影像的应用越来越广泛,但斑点噪声很大程度上影响了SAR的应用。本文首先研究了常用斑点噪声滤波方法,在此基础上,将中值滤波与常用的Lee,Frost,Kuan滤波结合。实验结果表明,该方法在斑点噪声抑制及边缘保持上明显优于传统的滤波方法。