兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 2318-2328.doi: 10.12382/bgxb.2023.0588
收稿日期:
2023-06-19
上线日期:
2023-10-31
通讯作者:
WANG Yong’an1, LI Dongguang1,2,*(), WU Hao1, LIU Yang1
Received:
2023-06-19
Online:
2023-10-31
摘要:
为满足航母等大型舰船目标的状态估计要求,提出一种由非线性干扰观测器和强跟踪容积卡尔曼滤波算法融合形成的交互多模型强补偿容积卡尔曼滤波算法。引入非线性干扰观测器,完成由外界不确定因素引起的干扰总量的估计,并对观测器稳定性进行证明。使用估计的干扰值实时修正强跟踪容积卡尔曼滤波的过程参数,最终形成交互多模型强补偿容积卡尔曼滤波算法,完成对目标状态相对准确的估计。研究结果表明:新提出的滤波算法能够较为准确地完成对目标状态的估计,与变结构多模型粒子滤波算法、变结构多模型无迹卡尔曼滤波算法和交互多模型强跟踪容积卡尔曼滤波算法相比,在目标位置和速度估计上具有更高的估计精度。
中图分类号:
王泳安, 李东光, 吴浩, 刘洋. 一种自适应滤波与干扰观测器相结合的大型舰船状态估计算法[J]. 兵工学报, 2024, 45(7): 2318-2328.
WANG Yong’an, LI Dongguang, WU Hao, LIU Yang. An Adaptive Filtering-disturbance Observer-based State Estimation Algorithm for Large Ships[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(7): 2318-2328.
方向 | 最大估计误差/N | 平均估计误差/N |
---|---|---|
X0轴 | 8.25×105 | 6.47×104 |
Y0轴 | 5.20×105 | 8.80×103 |
表1 对非线性干扰项的估计误差
Table 1 Estimation error of nonlinear disturbance term
方向 | 最大估计误差/N | 平均估计误差/N |
---|---|---|
X0轴 | 8.25×105 | 6.47×104 |
Y0轴 | 5.20×105 | 8.80×103 |
算法 | 最大误差值/m | 平均误差值/m |
---|---|---|
VSMM-PF | 121.67 | 40.29 |
VSMM-UKF | 144.55 | 47.52 |
IMM-STCKF | 108.26 | 25.55 |
IMM-SCCKF | 41.17 | 12.08 |
表2 各算法对目标位置估计情况
Table 2 Estimation of target position by algorithms
算法 | 最大误差值/m | 平均误差值/m |
---|---|---|
VSMM-PF | 121.67 | 40.29 |
VSMM-UKF | 144.55 | 47.52 |
IMM-STCKF | 108.26 | 25.55 |
IMM-SCCKF | 41.17 | 12.08 |
算法 | X0轴加速度 均方根误差均值/ (m·s-2) | Y0轴加速度 均方根误差均值/ (m·s-2) |
---|---|---|
VSMM-PF | 4.40 | 0.62 |
VSMM-UKF | 3.72 | 0.80 |
IMM-STCKF | 1.04 | 0.68 |
IMM-SCCKF | 1.17 | 0.70 |
表3 各算法加速度均方根误差
Table 3 Root mean square error of acceleration for each algorithm
算法 | X0轴加速度 均方根误差均值/ (m·s-2) | Y0轴加速度 均方根误差均值/ (m·s-2) |
---|---|---|
VSMM-PF | 4.40 | 0.62 |
VSMM-UKF | 3.72 | 0.80 |
IMM-STCKF | 1.04 | 0.68 |
IMM-SCCKF | 1.17 | 0.70 |
算法 | 位置均方根 误差均值/m | 速度均方根 误差均值/(m·s-1) |
---|---|---|
VSMM-PF | 40.29 | 2.85 |
VSMM-UKF | 47.76 | 3.62 |
IMM-STCKF | 25.69 | 2.24 |
IMM-SCCKF | 13.35 | 1.52 |
表4 各算法均方根误差
Table 4 Root mean square error of each algorithm
算法 | 位置均方根 误差均值/m | 速度均方根 误差均值/(m·s-1) |
---|---|---|
VSMM-PF | 40.29 | 2.85 |
VSMM-UKF | 47.76 | 3.62 |
IMM-STCKF | 25.69 | 2.24 |
IMM-SCCKF | 13.35 | 1.52 |
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