辐射研究与辐射工艺学报
2023, 41(6): 060602
为了满足复杂的工程现场环境对相敏光时域反射仪（φ-OTDR）的各项性能指标的需求，提出基于自适应卡尔曼滤波(AKF)和频分复用(FDM)的高性能φ-OTDR，利用FDM提升系统的频响带宽，引入AKF对线性响应于外界振动的相位状态的噪声统计特性进行实时估计和修正，抑制了衰落和串扰导致的相位失真。实验结果表明，改进后φ-OTDR系统的传感线性度被有效提升，系统本底噪声降低到-83.7 dB2/Hz，应变分辨率达到了0.28 pε/Hz1/2。
分布式光纤声波传感技术 自适应卡尔曼滤波 频分复用 频响带宽 distributed fiber acoustic sensing φ-OTDR φ-OTDR adaptive Kalman filter frequency division multiplexing frequency response bandwidth
迎角、侧滑角是飞机重要的飞行状态参数, 而大气数据系统在恶劣天气、大迎角或机动飞行情况下是难以准确测量出气流角等数据的。基于飞行数据, 研究了一种飞机气流角的估计方法。考虑到飞行数据可能受到外部干扰发生数据突变、各数据采样频率不同以及飞行数据之间的噪声统计特性均未知等情况, 建立飞机系统状态方程和量测方程, 将非等间隔理论与基于极大似然准则的自适应卡尔曼滤波算法进行融合, 以飞机转弯和爬升飞行为实例, 施加外部干扰, 对飞机迎角、侧滑角进行估计。实验结果表明, 该算法的估计精度和抗外部干扰的鲁棒性能均优于扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法。
飞行控制 迎角/侧滑角 自适应卡尔曼滤波 极大似然准则 飞行动力学 flight control attack angle/sideslip angle adaptive Kalman filter maximum likelihood criterion flight dynamics
1 中国民用航空飞行学院 民航安全工程学院，四川 广汉 618307
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院，江苏 南京 210094
在深空探测中探测信号经过对流层延迟后在接收机端信号将出现一定程度的时延，影响探测精度。现有方法主要通过网格模型、空间模型实现时延预测，但由于区域差异导致模型准确度受限，预测精度仍有改进空间。提出了一种基于自适应多输入多输出（MIMO）信号的深空探测对流层延迟预测模型。基于单一收发天线模拟卫星信号MIMO传输方式，然后构建自适应卡尔曼滤波器，通过自适应调整MIMO信号分量权重系数的方法选取最优传输路径以实现对流层延迟量的预测。参与测量的卫星数目为4颗，在不同信噪比以及改变MIMO通道数目情况下开展实验，研究自适应MIMO模型的准确度和实际测量误差。实验结果表明，新方法相对于GPT2模型、GPT2w模型以及实时导航定位中常用的UNB3模型、EGNOS模型的预测精度有较大提高。
深空探测 对流层延迟 自适应卡尔曼滤波 deep space exploration tropospheric delay MIMO MIMO adaptive Kalman filter 红外与激光工程
2020, 49(5): 20190471
1 中国科学院沈阳自动化研究所智能检测与装备研究室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学, 北京 100049
为解决基于位置敏感器件(PSD)的激光三角位移传感器在复杂光电噪声干扰下的精密标定问题,提出一种多元自适应卡尔曼滤波(MAKF)与非均匀B样条曲线拟合的联合标定方法。通过分析测量原理和计算方法,对位移传感器的非线性特性进行了详细说明,进而提出应用曲线拟合的方法进行非线性标定。针对曲线拟合的特点,设计了一种多元自适应卡尔曼预处理算法用于滤除光电噪声干扰;通过非均匀的节点矢量划分,构建了B样条曲线拟合模型,进一步提高了标定系统的精度。在实际工况下进行了标定实验,实验结果表明,该曲线拟合标定方法能够完成激光位移传感器的高精度标定,其定位精度为0.7%,平均测量误差可达0.012 mm,标定均方误差约为2.12×10 -5 mm 2。
测量 传感器标定 多元自适应卡尔曼滤波 非均匀B样条曲线拟合 位置敏感器件 激光三角法
国防科技大学机电工程与自动化学院，湖南 长沙410073
提出了一种基于自适应卡尔曼滤波算法的精密指向机构速度估计方法，用控制误差的统计特性实时调节卡尔曼滤波参数。用实验方法建立直流伺服电机的数学模型，对基于该方法的速度回路控制与响应进行了仿真，与其他速度估计方法进行了对比，在试验转台的速度控制中实现了该方法及其他速度估计方法，并比较了几种方法的阶跃响应和正弦响应，验证了仿真结果。结果表明，自适应卡尔曼滤波能抑制噪声影响，测速精度与静、动态性能良好，对噪声变化的鲁棒性较好。
自适应卡尔曼滤波 精密指向机构 直流伺服电机 速度估计 adaptive Kalman filter precision pointing mechanisms DC servo motor velocity estimation
山东理工大学电气与电子工程学院，山东 淄博 255000
当系统噪声和量测噪声统计特性不明确时，基于新息的自适应滤波对两种噪声进行估计时存在相关性，与实际情况不符而影响滤波精度。针对这种情况，提出改进的自适应滤波算法。首先建立了SINS/GPS紧组合导航系统空间方程；然后介绍了自适应卡尔曼滤波原理，指出了此算法对两种噪声估计出现相关性的原因，在此基础上提出了改进的自适应卡尔曼滤波算法，改进算法对系统噪声和量测噪声同时进行在线估计，解决了原算法存在的不足；通过半实物仿真实验可以看出，在系统噪声和量测噪声不明确时改进算法的估计精度，与原有算法在系统噪声和量测噪声已知时的估计精度相当，充分说明了改进算法的实用性。
INS/GPS紧组合导航 改进的自适应Kalman滤波 系统噪声 量测噪声 INS/GPS tightly integrated navigation improved adaptive Kalman filter system noise measurement noise
1 北京航空航天大学，北京 100191
2 北京航天自动控制研究所，北京 100854
针对自适应Kalman滤波中测量噪声统计特性估计问题, 提出了一种基于α-β-γ滤波和二阶互差分的测量噪声方差估计算法。该算法通过α-β-γ滤波器构造测量信号的虚拟冗余观测序列, 将只适用于冗余测量条件下的二阶互差分算法推广到单一测量。在此基础上, 通过对数据的选择和对α-β-γ滤波器的优化, 达到提高计算精度的目的。仿真实验结果表明, 相对于通过经典的自适应Kalman滤波算法计算测量噪声方差, 该算法估计测量噪声方差精度更高, 能够有效抑制滤波发散。
噪声方差估计 自适应Kalman滤波 a-0-y滤波器 二阶互差分 noise variance estimation adaptive Kalman filter a-fi-y filter second order mutual difference estimation
针对MEMS加速度计在复杂应用环境下输出信号中存在野值,且其噪声统计先验知识不足的问题,运用了一种抗野值自适应Kalman滤波算法,来提高其测量精度。该算法用一个修正函数加权于自适应Kalman滤波方程的新息上,根据新息的方差和均值变化自适应调整修正权值,从而保持序列原有性质。通过对输出信号的算法验证,表明该算法能够有效在线去除野值,防止滤波发散,在提高MEMS加速度计测量精度上有一定的可行性。
MEMS加速度计 野值 抗野值自适应Kalman滤波 修正函数 新息 MEMS accelerometer outliers adaptive Kalman filter tolerant to outliers weighting function new information
国防科技大学,ATR实验室,湖南,长沙,410073
在视频图像获取过程中,由于噪声对图像序列的降质,需要设计实时噪声滤波器.讨论了视佑频图像的卡尔曼滤波问题及自适应卡尔曼滤波算法,并讨论了自适应卡尔曼滤波算法的简化,以利于硬件实现自适应卡尔曼滤波器,并进行了简化算法仿真,完成基于FPGA实现的实时自适应卡尔曼滤波器的设计.
自适应卡尔曼滤波 视频图像 Adaptive Kalman filter FPGA FPGA Video image
