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《解放军信息工程大学》 2010年
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粒子滤波算法研究及其在GPS/DR组合导航中的应用

宫轶松  
【摘要】:本文主要研究粒子滤波计算方法的改进及其在GPS/DR组合导航系统中的应用。在对标准粒子滤波计算方法的性能进行详细而深入分析的基础上,针对其在实际应用中存在的一些缺陷,紧密结合GPS/DR组合导航数据处理的实际,采用多种策略对标准粒子滤波的计算方法进行了改进,提出了若干种新的计算方法并应用于GPS/DR组合导航数据处理中。本文的主要工作和创新点概括如下: 1.详细分析了粒子滤波计算方法的性能,深入剖析了粒子的权值退化、粒子贫化、计算量大等缺陷产生的原因,并通过数值试验分析了量测噪声的大小对粒子滤波的状态估计性能的影响,并结合GPS/DR组合导航数据处理应用背景,讨论了四种基本重采样方法对PF状态估计性能的影响,获得了许多重要结论,为粒子滤波计算方法的改进指明了正确的工作方向。 2.分别从广义均方误差和微分几何的角度给出了判定动态非线性模型的非线性强度和非线性滤波的状态估计性能的方法,分析和获得了非线性滤波模型的非线性强度与非线性滤波的状态估计性能间的关系。 3.提出了基于自适应迭代重采样的粒子滤波计算方法。该方法在缓解粒子贫化的同时不但保证了对状态的估计性能,而且降低了计算量。 4.提出了基于自适应渐消扩展Kalman滤波的粒子滤波计算方法。由于该算法的建议分布函数中引入了在线调节因子,使现时观测数据得到重用,较通常的扩展Kalman滤波建议分布函数大大增强了滤波的自适应性,能得到精度更高的预测粒子,从而减弱了粒子的权值退化现象。 5.提出了基于最大Kullback-Leibler距离(MKLD)的准则和PF-AMCMC计算方法。该算法可在自适应地选择粒子数的前提下同时自适应地选择粒子滤波计算方法中MCMC移动步骤实施的时刻,在保证一定的状态估计精度的条件下减少粒子滤波的计算量。 6.基于RTS固定区间平滑算法,构造了两种平滑建议分布函数——扩展RTS平滑建议分布函数和Unscented RTS平滑建议分布函数,并设计了相应的粒子滤波计算方法——PF-ERTS和PF-URTS,其状态估计效果要好于基于EKF和UKF产生建议分布函数的粒子滤波的效果。 7.提出了基于MKLD准则的粒子群优化粒子滤波计算方法。该方法将粒子群优化算法嵌入到粒子滤波计算方法的重要性采样过程中,对采样过程进行了优化,提高了粒子集的优良性的同时保证了粒子滤波状态估计的性能。同时,为了降低计算量,算法设计时基于MKLD准则自适应地选择粒子群优化算法所要优化的粒子及粒子群优化算法实施的时刻。 8.提出了基于均值漂移的粒子滤波计算方法。该算法将均值漂移思想融合到粒子滤波计算方法的重要性采样过程中,利用均值漂移算法对粒子的聚类作用,使粒子的状态表示更接近真实的状态分布,这样只需要少量的粒子数便可达到好的估计效果,从而提高粒子滤波计算方法的实时性。 大量的数值试验和GPS/DR组合导航仿真试验表明,本文提出的粒子滤波的几种新的计算方法较标准粒子滤波计算方法在克服粒子的权值退化、粒子贫化、计算量大等缺陷方面有显著的效果,获得了精度更高的状态估计。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P228.4

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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2 朱玮;基于Rao-Blackwell粒子滤波的GPS/SINS紧耦合算法研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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3 邹国辉;敬忠良;胡洪涛;;基于优化组合重采样的粒子滤波算法[J];上海交通大学学报;2006年07期
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 张敏虎;任章;;神经网络辅助高动态GPS/INS组合导航融合算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
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7 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 刘志平;无陀螺捷联惯导系统若干关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 余熠;基于SOC估计算法的电动汽车充电器设计[D];安徽工程大学;2010年
2 刘奇;基于混合粒子群算法的ZnO镀膜光纤传感器的参数优化[D];南昌航空大学;2010年
3 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
4 姜永涛;CORS系统区域改正数分类提取与内插研究[D];山东科技大学;2010年
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9 肖小城;粒子群算法求解作业车间调度问题的研究[D];郑州大学;2010年
10 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 沈慧峰;基于粒子滤波的多目标跟踪算法研究[D];浙江大学;2006年
2 邵明礼;视频运动目标跟踪算法研究[D];西安电子科技大学;2006年
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