【摘要】：本文主要研究了Sigma點非線性卡爾曼濾波算法(SPKF)并設計炮位偵查仿真系統(tǒng)。首先,對UKF、CDKF、CKF這幾種典型的SPKF進行分析,介紹了各算法中Sigma點的采樣規(guī)則及詳細算法流程。在此基礎上提出了一種基于噪聲補償?shù)牡椒礁鵆KF算法(NISRCKF),在繼承SRCKF快速和魯棒等優(yōu)點的基礎上,結合Gauss-Newton迭代理論和噪聲補償方法,設計了一種對SRCKF的量測更新過程進行迭代更新的新算法,充分利用了最新的量測信息,通過選取合適的噪聲補償因子進一步提高濾波效果,在再入彈道目標狀態(tài)估計仿真實驗中體現(xiàn)了相對其他SPKF的優(yōu)勢,且濾波精度隨迭代次數(shù)的增加有所提高。其次,針對非線性濾波算法的運算效率問題,提出了一種比例最小偏度單形平方根UCKF(SSRUCKF)算法。在預測階段,SSRUCKF將最小偏度單形采樣策略引入SRUKF中的UT變換中,用較少的采樣點進行非線性傳遞;在量測更新階段,其利用Spherical-Radial Cubature規(guī)則選取Sigma點并傳遞誤差協(xié)方差的平方根。相比其他SPKF,SSRUCKF預測過程的采樣點更少,在保持良好濾波精度的同時能較大地提高運算效率,適用于實時性要求較高的非線性系統(tǒng)。最后,分析火炮在飛行過程中的動力學模型,以此為基礎設計炮位偵察仿真系統(tǒng)軟件,驗證了非線性濾波算法的實用性能,相關實驗表明該系統(tǒng)具有一定可用性。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN713
【圖文】：

圖 3.2 六種濾波算法的位置均方根誤差曲線 圖 3.3 六種濾波算法的速度均方根誤差曲線為精確分析不同濾波算法的精度，比較各個濾波算法的平均累加均方根誤差（averageaccumulated mean square root error，AAMSRE）。定義目標位置的 AAMSRE 如下：( ) 2 ( ) 2 ( ) 21 11 1AAMSRE ( ) ( ) ( )N Mi i ip k k ki Ksqrt x y zN M (3.42)式中， N 為 Monte-Carlo 仿真次數(shù)；M 為跟蹤濾波的數(shù)據(jù)點數(shù)；目標的速度和距離、方位角、俯仰角的 AAMSRE 均可由此類似推出。對各個算法的濾波精度進行了定量分析，統(tǒng)計 100 次仿真實驗中目標位置和速度的AAMSRE，結果如表 3.1 所示。從統(tǒng)計結果可見，NISRCKF 算法的濾波精度相對于 UKF，CDKF，CKF 這三種 SPKF 有 24.65%~50.44%的提高，相對于 SRCKF，ISRCKF 分別有 7.82%和 3.1%的提高。表 3.1 6 種濾波算法的平均累加均方根誤差

圖 3.2 六種濾波算法的位置均方根誤差曲線 圖 3.3 六種濾波算法的速度均方根誤差曲線為精確分析不同濾波算法的精度，比較各個濾波算法的平均累加均方根誤差（averageaccumulated mean square root error，AAMSRE）。定義目標位置的 AAMSRE 如下：( ) 2 ( ) 2 ( ) 21 11 1AAMSRE ( ) ( ) ( )N Mi i ip k k ki Ksqrt x y zN M (3.42)式中， N 為 Monte-Carlo 仿真次數(shù)；M 為跟蹤濾波的數(shù)據(jù)點數(shù)；目標的速度和距離、方位角、俯仰角的 AAMSRE 均可由此類似推出。對各個算法的濾波精度進行了定量分析，統(tǒng)計 100 次仿真實驗中目標位置和速度的AAMSRE，結果如表 3.1 所示。從統(tǒng)計結果可見，NISRCKF 算法的濾波精度相對于 UKF，CDKF，CKF 這三種 SPKF 有 24.65%~50.44%的提高，相對于 SRCKF，ISRCKF 分別有 7.82%和 3.1%的提高。表 3.1 6 種濾波算法的平均累加均方根誤差

圖 3.4 NISRCKF 不同迭代次數(shù)的位置均方根誤差曲線圖 3.5 NISRCKF 不同迭代次數(shù)的速度均方根誤差曲線對 NISRCKF 不同迭代次數(shù)時的濾波精度進行了定量分析，統(tǒng)計 100 次仿真實驗中目標位置和速度的 AAMSRE，結果如表 3.2 所示。從統(tǒng)計結果可見，NISRCKF 算法的迭代次數(shù)為 2 次和 3 次時，其濾波精度比迭代一次有 9.04%和 12.91%的提高。在實際應用中，當?shù)螖?shù)增加到一定次數(shù)后，繼續(xù)迭代對濾波精度提高不明顯，所以應根據(jù)實際情況設置合適的迭代次數(shù)。表 3.2 NISRCKF 算法不同迭代次數(shù)下的平均累加均方根誤差濾波算法 位置 AAMSRE（m） 速度 AAMSRE（m/s） =1 41.15 31.12 =2 37.43 25.26 =3 35.84 24.12運算效率是評價濾波性能的重要指標之一，為了對比迭代次數(shù)對 NISRCKF 運算效率的影響，對 100 次 Monte-Carlo 仿真實驗的平均運算時間消耗進行統(tǒng)計，結果如表 3.3 所示：

【參考文獻】

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本文編號：2747951