發(fā)布時間：2018-12-17 06:39

【摘要】：世界的本質(zhì)是非線性的。近半個世紀以來,非線性濾波技術(shù)一直是工程應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點,并在諸如飛行器姿態(tài)估計,導(dǎo)航,目標跟蹤,信號處理,圖像處理,故障診斷,甚至農(nóng)業(yè)耕種等各個工程領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。而在眾多的非線性高斯近似濾波算法中,高斯-厄米特求積濾波(GHQF)已經(jīng)被證明是唯一數(shù)值穩(wěn)定,而且具有最高的估計精度的解析式非線性高斯近似濾波器。但是對于高維系統(tǒng)來說,傳統(tǒng)的GHQF算法是直接利用張量積將一維高斯-厄米特積分規(guī)則擴展到多維系統(tǒng)中,而這也導(dǎo)致了其積分點的數(shù)量會隨著狀態(tài)變量維數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)型增長,從而使得濾波器效率大大降低,導(dǎo)致“維度災(zāi)難”問題,所以難以實時應(yīng)用在高維系統(tǒng)中。因此,自從該算法被提出之后,并沒有得到關(guān)注和發(fā)展。本文從提高GHQF算法效率的角度出發(fā)而展開研究,試圖解決高精度的GHQF算法的“維度災(zāi)難”問題,從而在工程應(yīng)用中能夠利用GHQF算法的精度優(yōu)勢,論文的主要研究工作包括以下幾方面:1.對幾種典型的非線性濾波算法而展開研究,利用容積卡爾曼濾波(CKF),無跡卡爾曼濾波(UKF),GHQF所能夠捕獲的函數(shù)泰勒展開式的精度,分析對比了這幾種濾波算法的精度,并指出在確定采樣型濾波算法中,GHQF具有無可比擬的精度優(yōu)勢。計算并對比了這幾種算法的符點運算量,量化考察了這幾種算法的效率,指出GHQF雖然精度高,但是其計算量隨著系統(tǒng)維數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)增長,很難應(yīng)用在高維系統(tǒng)中。2.考慮到實際的非線性系統(tǒng)模型中,往往只有部分狀態(tài)變量是非線性的,從而提出一種具有特殊結(jié)構(gòu)的非線性系統(tǒng),并對比了現(xiàn)有的幾種非線性模型,指出所提出的非線性模型具有一般性。針對此類模型,提出一種降維GHQF濾波,從而減少了這類非線性系統(tǒng)中一些不必要的計算量,使得具有高精度的GHQF能夠應(yīng)用在這類高維系統(tǒng)中。并考察了降維GHQF的符點運算量,與GHQF相比降維GHQF明顯降低了計算量,而與RBPF算法相比,更具有精度高,計算量低的優(yōu)點。3.為了進一步減少濾波計算量,提出了基于稀疏網(wǎng)格求積規(guī)則的降維SGHQF算法。對比分析了 GHQF及UKF,指出UKF實際上是SGHQF的特例,并且精度上有GHQFSGHQFUKF。仿真結(jié)果表明,2級精度的降維SGHQF算法精度比降維GHQF低,而3級精度的SGHQF精度雖然略高與降維GHQF,但是計算量也是最高的。4.在工程應(yīng)用中考察了捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中的初始對準問題。推導(dǎo)了捷聯(lián)慣導(dǎo)系統(tǒng)中大失準角初始對準模型,并給出了適用于降維GHQF算法的誤差模型,將降維GHQF算法應(yīng)用在捷聯(lián)慣導(dǎo)初始對準過程中。基于重力投影在水平坐標系中的分量為零且水平對準的速度較快這一特點,提出了一種改進的慣性系對準算法,首先利用上述降維GHQF算法建立一個精確的水平坐標系,從而隔離搖擺干擾,然后利用慣性系對準原理進行初始對準,仿真和實驗驗證了所提出算法的有效性,提高了慣性系對準的精度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN713;TN96

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本文編號：2383822