為解決GPS/INS組合導(dǎo)航的數(shù)據(jù)融合問題中卡爾曼濾波器因噪聲統(tǒng)計特性會發(fā)生變化而性能嚴(yán)重退化的問題,針對組合導(dǎo)航的系統(tǒng)模型提出并推導(dǎo)了一種基于變分貝葉斯學(xué)習(xí)的自適應(yīng)卡爾曼濾波算法.該方法從概率角度將系統(tǒng)狀態(tài)與噪聲的統(tǒng)計矩一起作為待估計的隨機(jī)變量,在每次遞推地對狀態(tài)進(jìn)行估計之前,用變分貝葉斯學(xué)習(xí)迭代逼近得到噪聲的后驗分布.仿真結(jié)果證明:在組合導(dǎo)航系統(tǒng)中,該自適應(yīng)算法能夠較好地跟蹤變化的噪聲方差,并對速度、位置等系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行估計. 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2014,46(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

變分貝葉斯卡爾曼濾波3仿真實驗仿真實驗主要從兩方面來驗證算法的性能與

Ｒ=diagr1r2r3([])=diag(槡2×10－2rad)2(槡5×10－2rad)2(槡500m)2([])．其中diag為對角陣函數(shù)．然后在251～700s，701～1000s內(nèi)分別設(shè)為Ｒ=diag(［10r110r22r3］)，Ｒ=diag(［5r15r21．5r3］)．!"#$"%$"##"%#&%&&&’&!&$$$($!#$!$$!!$!’!"#)*$%"#)*$"&)$#&+圖2飛行器運動軌跡圖3與圖4給出了上述假設(shè)條件下，基于變分貝葉斯的自適應(yīng)卡爾曼濾波器的濾波誤差圖，并與單獨使用INS時的情形做比較．圖3實線為濾波后飛行器位置誤差的估計值，圖4實線為濾波后飛行器速度誤差的估計值．發(fā)現(xiàn)無論是位置誤差估計，還是速度誤差估計，由于慣導(dǎo)誤差的積累，未經(jīng)濾波的狀態(tài)估計(虛線表示)在一定時刻后均出現(xiàn)發(fā)散．考察本文設(shè)計的組合模型的濾波器，其觀測量的噪聲統(tǒng)計特性未知，且隨時間發(fā)生變化，但卻有著較好的濾波精度，誤差值較小，依然能對位置誤差與速度誤差進(jìn)行良好的估計．更進(jìn)一步，圖5與圖6比較了噪聲變化條件下卡爾曼濾波與自適應(yīng)濾波的誤差．如圖所示，250s時刻之前，由于噪聲沒有發(fā)生變化，卡爾曼濾波器與自適應(yīng)濾波器有著相當(dāng)?shù)臑V波誤差．而250s時刻之后，噪聲開始發(fā)生變化，由于卡爾曼濾波器自身的局限性，并不能夠在線調(diào)整，以至于在之后750s的時間里，總體估計誤差顯著增大，相比自適應(yīng)濾波的曲線，濾波精度較差，尤以250～700s間變化波動最為劇烈．!"#$%&"#!"""#"""$#"""%""&""’""(""!""""%""&""’""(""!""""%""&""’""(""!"""!)*%"""$%""$&""!"""#"""$#""()*’)+()*+)+()*,)+圖3濾波前后位置誤差對比!"!!#!!$!!%!!&

Ｒ=diagr1r2r3([])=diag(槡2×10－2rad)2(槡5×10－2rad)2(槡500m)2([])．其中diag為對角陣函數(shù)．然后在251～700s，701～1000s內(nèi)分別設(shè)為Ｒ=diag(［10r110r22r3］)，Ｒ=diag(［5r15r21．5r3］)．!"#$"%$"##"%#&%&&&’&!&$$$($!#$!$$!!$!’!"#)*$%"#)*$"&)$#&+圖2飛行器運動軌跡圖3與圖4給出了上述假設(shè)條件下，基于變分貝葉斯的自適應(yīng)卡爾曼濾波器的濾波誤差圖，并與單獨使用INS時的情形做比較．圖3實線為濾波后飛行器位置誤差的估計值，圖4實線為濾波后飛行器速度誤差的估計值．發(fā)現(xiàn)無論是位置誤差估計，還是速度誤差估計，由于慣導(dǎo)誤差的積累，未經(jīng)濾波的狀態(tài)估計(虛線表示)在一定時刻后均出現(xiàn)發(fā)散．考察本文設(shè)計的組合模型的濾波器，其觀測量的噪聲統(tǒng)計特性未知，且隨時間發(fā)生變化，但卻有著較好的濾波精度，誤差值較小，依然能對位置誤差與速度誤差進(jìn)行良好的估計．更進(jìn)一步，圖5與圖6比較了噪聲變化條件下卡爾曼濾波與自適應(yīng)濾波的誤差．如圖所示，250s時刻之前，由于噪聲沒有發(fā)生變化，卡爾曼濾波器與自適應(yīng)濾波器有著相當(dāng)?shù)臑V波誤差．而250s時刻之后，噪聲開始發(fā)生變化，由于卡爾曼濾波器自身的局限性，并不能夠在線調(diào)整，以至于在之后750s的時間里，總體估計誤差顯著增大，相比自適應(yīng)濾波的曲線，濾波精度較差，尤以250～700s間變化波動最為劇烈．!"#$%&"#!"""#"""$#"""%""&""’""(""!""""%""&""’""(""!""""%""&""’""(""!"""!)*%"""$%""$&""!"""#"""$#""()*’)+()*+)+()*,)+圖3濾波前后位置誤差對比!"!!#!!$!!%!!&


本文編號：3611679