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秩亏观测模型条件下的抗差Kalman滤波及其在组合导航中的应用
结题报告
批准号:
41404001
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
常国宾
学科分类:
D0401.物理大地测量学
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
查峰、覃方君、李忠美、李杨、李开龙、何泓洋
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中文摘要
自20世纪90年代初提出以来,基于广义极大似然估计(M估计)的抗差Kalman滤波得到了广泛应用。然而,抗差Kalman滤波抗差性的定量评估及其在秩亏观测模型条件下的性能有待进一步的研究。本课题对滤波算法抗差性的定量评估以及秩亏观测模型条件下的基于M估计的Kalman滤波抗差化改进进行研究,并将研究成果用于组合导航系统,内容包括:用混合Gauss模型描述非Gauss分布;将Kalman滤波的观测更新过程表述为基于伪观测量的线性回归问题,以便采用成熟的抗差统计学理论对其进行研究;推导Kalman滤波的影响函数,定量揭示Kalman滤波的抗差性缺失问题;用M估计替代最小二乘估计,求解上述线性回归问题,以得到抗差Kalman滤波;对迭代求解M估中的迭代算法、初值选择等问题进行针对性研究;最后将研究结论用于INS/GNSS组合导航系统这一重要的、具有秩亏观测模型的滤波问题。
英文摘要
The robust Kalman filter, proposed in 1990s based on the generalized maximum likelihood estimator (M-estimator), has found widely applications in geodesy. However, how to evaluate quantitatively the robustness of the robust Kalman filter and its performance for rank deficient measurement models are still open problems. We are focused in this project in evaluating the robustness of the filtering method and robusify the Kalman filter for the rank deficient measurement models based on M-estimator. Then the corresponding theory is applied to the integrated navigation problem. The main contents are as follows. The non-Gaussian density function of the process and/or measurement noises is effectively represented by the Gauss mixture model. The measurement update of the Kalman filter is reformulated as a linear regression problem, and the rich theories in robust statistics can be easily implimented. The conceipt of the influence function of the Kalman filter is defined and derived, so the lack of robustness of the conventional Kalman filter is quantitatively revealed. The M-estimator, other than the least squares method is employed to solve the previously constructed linear regression problems to obtain the robust Kalman filter. In solving the M-estimator iteratively, how to choose iterating schemes and starting values is comprehensively studied in oder to account for the specific rank-dificiency problem. Finally, the analytical conclusions are applied in an important problem with rank-deficient measurement models, i.e., the integration of inertial navigation system and global navigation satellite system.
本课题对滤波算法抗差性的定量评估以及秩亏观测模型条件下的基于M估计的Kalman滤波抗差化改进进行研究,并将研究成果用于组合导航系统,内容包括:用混合Gauss模型描述非Gauss分布;将Kalman滤波的观测更新过程表述为基于伪观测量的线性回归问题,以便采用成熟的抗差统计学理论对其进行研究;推导Kalman滤波的影响函数,定量揭示Kalman滤波的抗差性缺失问题;用M估计替代最小二乘估计,求解上述线性回归问题,以得到抗差Kalman滤波;对迭代求解M估中的迭代算法、初值选择等问题进行针对性研究;最后将研究结论用于动态导航系统这一重要的、具有秩亏观测模型的滤波问题。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.measurement.2017.06.013
发表时间:2017
期刊:Measurement
影响因子:5.6
作者:Chang Guobin;Xu Tianhe;Wang Qianxin;Liu Ming
通讯作者:Liu Ming
Closed form least-squares solution to 3D symmetric Helmert transformation with rotational invariant covariance structure
具有旋转不变协方差结构的 3D 对称 Helmert 变换的闭式最小二乘解
DOI:10.1007/s40328-015-0123-7
发表时间:2016-06
期刊:Acta Geodaetica et Geophysica
影响因子:1.4
作者:常国宾
通讯作者:常国宾
DOI:10.1088/0957-0233/25/12/128001
发表时间:2014-12
期刊:Measurement Science and Technology
影响因子:2.4
作者:常国宾
通讯作者:常国宾
M-estimator for the 3D symmetric Helmert coordinate transformation
用于 3D 对称 Helmert 坐标变换的 M 估计器
DOI:10.1007/s00190-017-1043-9
发表时间:2018-01-01
期刊:JOURNAL OF GEODESY
影响因子:4.4
作者:Chang, Guobin;Xu, Tianhe;Wang, Qianxin
通讯作者:Wang, Qianxin
Fast two-position initial alignment for SINS using velocity plus angular rate measurements
使用速度加角速率测量对 SINS 进行快速两位初始对准
DOI:10.1016/j.asr.2015.07.005
发表时间:2015-10-01
期刊:ADVANCES IN SPACE RESEARCH
影响因子:2.6
作者:Chang, Guobin
通讯作者:Chang, Guobin
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