方差分量估计在多卫星导航系统联合定位中的应用

随着北斗卫星导航系统的逐步建成和完善,全球卫星导航系统进入多系统联合定位时代。多系统联合定位能明显增加可用卫星数量,保障定位能力。全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统以及北斗卫星导航系统观测值精度存在一定差异,采用赫尔默特方差分量估计确定三个系统观测值的权值比,能进一步提高定位的准确性。为同时减弱系统中较大粗差的影响,研究赫尔默特方差分量估计的抗差解在三系统联合定位中的应用。算例结果表明,此方法不仅能有效解决组合定位中的权值比问题,也能减弱观测值中粗差对定位结果的影响。当观测值含粗差时,比较使用抗差赫尔默特方差分量估计方法前后的定位误差可以得出:北(N)、东(E)、及天顶(U)三个方向上定位精度分别提高了16.5%、41.6%、81.0%。     

基于验后方差估计原理导出的选权迭代法剔除粗差

将抗差估计的思想融入到粗差探测的算法中,设计出对模型误差,特别是粗差具有抵抗能力的粗差探测算法。基于验后方差估计原理导出的选权迭代法即为抗差估计的一种,首先是应用最小二乘法来计算观测值的参数x赞、残差v、协因数阵Qvv及单位权Q赞0的初值,然后再根据残差和有关的参数,按所选择的权函数,计算每个观测值的权,经过迭代计算求得观测值的残差,然后按照统计检验的方法剔除粗差。通过实验证明,基于验后方差估计原理导出的选权迭代具有很强的粗差探测能力。     

具有稳健初值的选权迭代法曲面拟合模型粗差探测

将抗差估计的思想融入到二次曲面模型粗差探测的算法中,设计出对模型误差特别是粗差具有抵抗能力的粗差探测算法。稳健初值的选权迭代法即为抗差估计的一种,首先是通过线性规划的单纯形解法来计算观测值的残差,然后再根据残差和有关的参数,按所选择的权函数,计算每个观测值的权,经过迭代计算求得观测值的残差。通过实例证明,具有稳健初值的选权迭代法具有较强的稳健性和粗差探测能力。     

稳健初值的选权迭代法剔除DEM数据粗差

本文将抗差估计的思想融入到数字高程模型粗差探测的算法中,设计出对模型误差、特别是粗差具有抵抗能力的粗差探测算法.稳健初值的选权迭代法即为抗差估计的一种,首先是通过线性规划的单纯形解法来计算观测值的残差,然后再根据残差和有关的参数,按所选择的权函数,计算每个观测值的权,经过迭代计算求得观测值的残差,然后按照统计检验的方法...     

基于验后方差估计原理导出的选权迭代法剔除粗差

将抗差估计的思想融入到粗差探测的算法中,设计出对模型误差,特别是粗差具有抵抗能力的粗差探测算法.基于验后方差估计原理导出的选权迭代法即为抗差佑计的一种,首先是应用最小二乘法来计算观测值的参数x、残差V、协因数阵Qvv及单位权σ0 的初值,然后再根据残差和有关的参数,按所选择的权函数,计算每个观测值的权,经过迭代计算求得...     

基于等价权抗差估计和线性规划的天线曲面拟合算法

现有天线曲面拟合算法均基于最小二乘法,难以消除多个粗差对拟合结果的影响。本文基于等价权抗差估计思想,利用线性规划计算残差初值,再进行选权迭代计算。通过算例,证明本文方法能较好地探查多个粗差,且计算结果精度更高。     

粗差检测与抗差估计相结合的方法在动态相对定位中的应用

分析了粗差对GPS动态相对定位的影响,给出了相应的影响函数和抗差估计方法。建议采用粗差探测与抗差估计相结合的方法来处理GPS动态定位中的粗差问题。抗差估计中的等价权分别采用了IGG3方案和双因子等价权函数,对两种方案的效果进行比较和分析,并利用实测数据对所提方法的实际效果进行了检验。结果表明,基于粗差探测和抗差估计相结合的粗差处理方法可有效控制和抵御粗差的影响;分别采用IGG3方案和双因子等价权函数的定位结果差异较小。     

抗差灰色模型及其在卫星钟差预报中的应用

分析了灰色模型理论利用最小二乘估计建模不能抵制粗差的特点,将抗差估计理论应用到灰色模型的参数估计中。针对抗差估计未顾及系数矩阵受粗差影响的问题,提出了基于改进型抗差估计的卫星钟预报灰色模型,并利用IGS的GPS卫星钟数据进行了模型验证。结果表明,基于改进型抗差估计建立的灰色模型在抵制粗差,尤其是超大粗差方面具有明显优势。     

Gauss-markov模型的t型抗差估计

测量中对含粗差的数据的处理通常采用基于等价权法的抗差M-估计,等价权及其临界值的选取决定了参数估计的效率和抗差性.本文将近年来统计界提出并有较深入理论研究的t型估计引入测量平差中,提出Gauss-Markov模型的t型抗差估计及其算法,并进行了模拟计算.t型抗差估计具有很好的统计性质;其求解采用EM算法,计算快捷稳定,收敛性好,可同时求解出位置参数和方差因子的抗差估计;t分布的自由度可方便地调节估计的效率和抗差性.计算结果显示,t型抗差估计受粗差影响不大,具有较好的抗差能力.     

利用中位数进行光纤陀螺信号抗差估计

为了削弱光纤陀螺信号中异常噪声对寻北精度的影响,在滤除高频周期噪声的基础上,提出了一种处理陀螺信号的新算法。推导了陀螺信号的抗差解公式及其误差影响函数,取观测值的中位数作为抗差初值,利用一次抗差估计求得的观测残差再用中位数法求得均方差因子,并给出了高崩溃污染率的初值辅以IGGⅢ方案迭代解算的混合算法。计算结果表明,基于可靠初值和均方差因子估值的抗差估计可以有效削弱异常干扰对陀螺的影响。     

强跟踪抗差自适应滤波算法及其在无人机导航定位中的应用

针对Sage-Husa自适应滤波算法在无人机导航定位应用中存在滤波发散和定位精度低的问题,本文提出一种强跟踪抗差自适应滤波算法。该算法在Sage-Husa自适应滤波算法基础上,引入强跟踪技术,通过自适应渐消因子降低历史数据对当前滤波的影响,从而抑制滤波发散,增强算法的稳健性;结合量测噪声和系统噪声进行实时估计,并且在估计中加入抗差因子抑制粗差对滤波的干扰,提高定位精度。仿真结果表明,该算法在发生滤波发散和粗差干扰的情况下能够表现出良好的滤波性能,较Sage-Husa算法有更强的稳健性。     

Robust adaptive filter for shipborne kinematic positioning and velocity determination during the Baltic Sea experiment

Information on trajectory and attitude is essential for analyzing gravimetric data collected on kinematic platforms. Usually, a Kalman filter is used to obtain high-accuracy positional and velocity information. However, this can be affected by measurement outliers and by state disturbances that occur frequently under a fast-changing environment. To overcome these problems, a robust adaptive Kalman filtering algorithm is applied for state estimates, which introduces an equivalent weight to resist measurement outliers and an optimal adaptive factor to balance the contributions of the kinematic model information and the measurements. In addition to the conventional robust estimator, an improved Current Statistical (CS) model is proposed. The improved CS model adopts a variance adaptive learning algorithm, and it can perform self-adaptation of acceleration variance with the innovation information; thus, it can overcome the shortcoming of lower tracking accuracy and avoid setting the maximum acceleration. Following a gravimetry campaign on the Baltic Sea, it is shown in theory and in practice that the robust adaptive Kalman filter is not only simple in its calculation but also more reliable in controlling the colored observation noise and kinematic state disturbance compared with the classical Kalman filter. The improved CS model performs best, especially when analyzing the positioning errors at the turns due to the target maneuvering. Compared to the CS model, the RMS values of the positional estimates derived from the improved CS model decrease by almost 30% in the horizontal direction, and no significant improvement in the vertical direction is found.     

星载GPS载波相位测量的周跳探测方法研究

提出了一种基于粗差探测理论的星载GPS载波相位数据周跳的探测方法。并编制了相关软件对CHAMP星载GPS测量数据进行了验算。结果表明，当跟踪的有效GPS卫星多于5颗时。能够探测出所有的周跳。     

基于当前加速度模型的抗差自适应Kalman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。首先介绍机动载体的当前统计模型,分析该模型存在的问题,提出一种基于“当前”加速度模型的抗差自适应卡尔曼滤波算法。跟以往建立的自适应KALMAN滤波进行比较,计算结果表明,该算法不仅可以提高滤波器的精度,而且更能有效地控制观测异常和动态扰动异常对导航解的影响,使导航解更能反映导航系统的真实情况。     

自适应抗差KF-UKF的超宽带导航定位方法

针对超宽带导航定位中量测信息异常误差和非线性滤波问题,该文提出了一种基于自适应抗差卡尔曼滤波-无迹卡尔曼滤波(KF-UKF)的超宽带导航定位算法。该算法首先利用卡尔曼滤波计算预测状态向量及其协方差矩阵,利用无迹卡尔曼滤波进行量测更新;然后利用先验阈值和预测残差构建量测噪声的抗差协方差矩阵,以减少量测信息异常误差的影响,同时利用自适应因子对算法进行调节和修正。结果表明,该算法能有效地抑制并消除超宽带测距中量测信息异常误差的影响,能有效地处理状态模型误差的影响,提高超宽带导航定位的精度和稳定性,同时拥有比无迹卡尔曼滤波算法更高的计算效率。     

精密单点定位不等精度观测值的RKF研究

推导了精密单点定位含有粗差观测数据的M-LS滤波原理,对等价权阵采用三段降权函数实现抗差。从新息和残差的协方差关系出发,利用对粗差敏感的残差标准差作为抗差因子。通过迭代减弱卫星间载波残差及其抗差因子的相关性。针对载波和伪距观测值不等观测精度和不相关性,采用双抗差因子实现静态抗差卡尔曼滤波（robust Kalman filtering,RKF）。采用标准卡尔曼滤波、基于新息RKF、基于残差的增益矩阵双抗差因子RKF、基于残差的等价权阵双抗差因子RKF等4种模型,分别对一组实测数据解算分析。结果表明,基于新息RKF对精度较高的载波粗差不敏感;基于残差的增益矩阵RKF对载波较小的粗差抗差效果较差,且发生粗差历元时刻的状态参数与真值偏差较大;而基于残差构造的等价权阵双抗差因子RKF可以非常精确和高效地实现抗差,单个卫星粗差对测站位置参数影响小于1 mm。     

基于抗差LM的视觉惯性里程计与伪卫星混合高精度室内定位

视觉惯性里程计（VIO）和伪卫星已经广泛应用于室内环境定位中,但在实际应用中,二者各自都有明显的缺陷。视觉里程计依赖于实际场景,在景深变化明显和光照不均匀的环境下会产生粗差,而且误差会不可避免地随着时间累积,但是在相邻帧间能保证相对高精度的位姿测量。由于受到室内多径的影响,伪卫星室内定位的精度和可靠性很难保证。为增加室内定位的可靠性和稳定性,基于抗差LM非线性优化理论,本文主要研究利用视觉惯性里程计的相邻帧间高精度位姿测量和伪卫星融合的室内高精度定位技术。该算法不仅可以抵抗粗差,而且可以减弱不同传感器间权重设置不合理带来的影响。最后使用在室内环境下搭建的高精度动态捕捉设备对组合定位方法进行实验验证。试验结果表明,该方法不依赖回环即可消除视觉惯性里程计的累积误差,有效提高室内定位精度及可靠性。利用改进的LM算法融合后场景1和场景2,相对于VIO单独定位精度分别提高了59.0%和77.5%。     

联邦滤波的改进算法

分析并综述了联邦滤波算法,以及该算法存在的问题.针对观测信息不足的情况下,结合抗差估计和自适应估计理论对联邦滤波算法进行了改进,给出了联邦滤波在局部传感器观测信息不足情况下的改进算法.由模拟计算结果可知,在局部传感器观测信息不足的情况下,改进的联邦滤波器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,具有很强的的抗差性和自适应性.     

联邦滤波的改进算法

分析并综述了联邦滤波算法,以及该算法存在的问题。针对观测信息不足的情况下,结合抗差估计和自适应估计理论对联邦滤波算法进行了改进,给出了联邦滤波在局部传感器观测信息不足情况下的改进算法。由模拟计算结果可知,在局部传感器观测信息不足的情况下,改进的联邦滤波器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,具有很强的的抗差性和自适应性。