非線性卡爾曼濾波算法的改進(jìn)及精度分析.pdf

1、目標(biāo)跟蹤在現(xiàn)代科技生活中的應(yīng)用日益普遍，從國(guó)家軍事方面的航空登月軌道預(yù)測(cè)追蹤到現(xiàn)實(shí)生活中的車輛軌跡追蹤。從定義上看，目標(biāo)追蹤可簡(jiǎn)單理解為對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的估計(jì)問(wèn)題。如何解決這些問(wèn)題，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤是技術(shù)上的難點(diǎn)。多年來(lái)，人類對(duì)于目標(biāo)跟蹤的方法理論和實(shí)踐的研究從未止步。作為目標(biāo)跟蹤的一個(gè)重要實(shí)現(xiàn)方法，貝葉斯濾波算法的研究是個(gè)熱點(diǎn)也是難點(diǎn)。其中，以卡爾曼濾波算法最為典型，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，該濾波算法需要將未知參數(shù)當(dāng)作隨機(jī)變量來(lái)處理，進(jìn)

2、而使用先驗(yàn)概率和當(dāng)前觀測(cè)到的數(shù)據(jù)信息來(lái)計(jì)算后驗(yàn)概率，協(xié)調(diào)了先驗(yàn)信息和當(dāng)前數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用。此外，在線性系統(tǒng)下，卡爾曼濾波算法可以在最小均方誤差條件下，通過(guò)先驗(yàn)概率與后驗(yàn)概率的遞歸運(yùn)算給出信號(hào)的最優(yōu)估計(jì)，是一種應(yīng)用相當(dāng)廣泛的濾波算法。
　　但是在實(shí)際中，我們所遇到的系統(tǒng)大都是非線性的，這種常規(guī)的線性卡爾曼濾波算法只能局限于線性系統(tǒng)模型的應(yīng)用中。非線性濾波算法也因此得到了更多的關(guān)注并逐漸被人們提出。近年來(lái)，被廣泛應(yīng)用的非線性濾波算法主要

3、有無(wú)跡卡爾曼濾波算法、容積卡爾曼濾波算法以及球面單純形容積卡爾曼濾波算法等等。這類濾波算法大都是在高斯假設(shè)的前提下，結(jié)合貝葉斯濾波理論，通過(guò)對(duì)概率密度函數(shù)進(jìn)行近似處理，再利用數(shù)值積分理論進(jìn)行近似計(jì)算，從而得到一系列采樣點(diǎn)以及相應(yīng)的權(quán)重?？紤]到這些復(fù)雜多變的噪聲以及其他一些不確定性因素，人們需要去尋找魯棒性能好且能適應(yīng)復(fù)雜非線性環(huán)境的非線性卡爾曼濾波算法來(lái)改善估計(jì)性能。此外，科技的日益進(jìn)步對(duì)算法提出的要求也越來(lái)越高，這就意味著對(duì)濾波器的研

4、究不能僅限于新型算法的設(shè)計(jì)，而必須意識(shí)到算法性能在其應(yīng)用上的重要性，而衡量不同濾波器性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)就是狀態(tài)的估計(jì)精度。據(jù)此，本文在對(duì)已有的研究進(jìn)行了解之后，主要圍繞如下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究工作：
　　（1）對(duì)采樣準(zhǔn)則的改進(jìn)。這種改進(jìn)主要針對(duì)容積準(zhǔn)則，傳統(tǒng)的容積卡爾曼濾波算法是基于相同階數(shù)的球面-徑向容積準(zhǔn)則推導(dǎo)而來(lái)的，而本文則是將混合階的思想應(yīng)用在球面-徑向容積準(zhǔn)則上，提出了一種新型的基于混合階的容積卡爾曼濾波器，并通過(guò)MA

5、TLAB仿真對(duì)所提算法與傳統(tǒng)算法在時(shí)間復(fù)雜度和精度上進(jìn)行了綜合比較，驗(yàn)證了該算法在工程實(shí)踐中的應(yīng)用價(jià)值。
　?。?）研究了增廣算法在復(fù)雜環(huán)境應(yīng)用中表現(xiàn)的魯棒性。本文將一類基于確定性采樣的增廣非線性卡爾曼濾波算法應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤模型中，通過(guò)設(shè)置狀態(tài)的突變干擾和時(shí)變干擾來(lái)驗(yàn)證該增廣非線性卡爾曼濾波算法在復(fù)雜環(huán)境中能表現(xiàn)出較好的魯棒性能，證明了其在目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤中的實(shí)用性和有效性。
　?。?）對(duì)混合階算法進(jìn)行了精度分析。在傳統(tǒng)的球面單