[發(fā)明專利]基于改進(jìn)卡爾曼濾波的野值剔除方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110005005.3
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112859004A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申明磊;房挺;戚湧;劉豫晉
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S13/66;G01C23/00;G06F17/18;G06T7/277;G06T5/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于改進(jìn)卡爾曼濾波的野值剔除方法，其特征在于，包括：

步驟1、通過開窗估計(jì)法得到k-N+1時(shí)刻至k時(shí)刻的新息值v，并以此計(jì)算新息協(xié)方差的數(shù)學(xué)期望；

步驟2、通過比較當(dāng)前預(yù)測新息協(xié)方差和新息協(xié)方差數(shù)學(xué)期望矩陣的跡，得到調(diào)節(jié)因子λ；

步驟3、根據(jù)調(diào)節(jié)因子動態(tài)修正真實(shí)量測，得到調(diào)整后的量測，并用其進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于改進(jìn)卡爾曼濾波的野值剔除方法，其特征在于，步驟1具體為：

(1)量測預(yù)測

Z(k|k-1)＝H(k)*X(k|k-1)

H(k)為觀測矩陣，X(k|k-1)為k時(shí)刻的狀態(tài)預(yù)測值，Z(k|k-1)為量測預(yù)測值；

(2)量測預(yù)測協(xié)方差

S(k)＝H(k)*P(k|k-1)*H(k)+R(k)

P(k|k-1)為狀態(tài)協(xié)方差預(yù)測值，R(k)為k時(shí)刻噪聲方差；

(3)卡爾曼增益

K＝P(k|k-1)*H(k)'*S(k)^-1

S(k)為k時(shí)刻新息協(xié)方差，K為卡爾曼增益；

(4)狀態(tài)更新方程

X(k|k)＝X(k|k-1)+K*(Z(k)-Z(k|k-1))

X(k|k)為k時(shí)刻的狀態(tài)濾波值；

假設(shè)在k時(shí)刻出現(xiàn)野值

Z_f＝Z+Δv

Δv是野值相較于真實(shí)量測的誤差值，那么新息也將有Δv的偏移；最終導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)值X(k|k-1)有著K*Δv誤差，這一誤差將被傳遞至下一輪的迭代濾波；

采用開窗估計(jì)法，獲得當(dāng)前時(shí)刻的新息協(xié)方差的數(shù)學(xué)期望：

v_j是j時(shí)刻的新息，v_j＝Z_j(k)-Z_j(k|k-1)，v_j'為新息的轉(zhuǎn)置，為k-N+1至當(dāng)前k時(shí)刻的新息的平方均值，作為當(dāng)前時(shí)刻新息協(xié)方差的數(shù)學(xué)期望。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于改進(jìn)卡爾曼濾波的野值剔除方法，其特征在于，步驟2中調(diào)節(jié)因子計(jì)算方法為：

式中，λ為調(diào)節(jié)因子，該值由理論新息協(xié)方差S(k)和新息協(xié)方差數(shù)學(xué)期望矩陣的跡之比組成。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于改進(jìn)卡爾曼濾波的野值剔除方法，其特征在于，步驟3具體為：

當(dāng)新息協(xié)方差數(shù)學(xué)期望值時(shí)，認(rèn)為該量測是有效的，不做任何處理；當(dāng)時(shí)，根據(jù)兩者的比值作為調(diào)節(jié)因子來修正真實(shí)的量測，修正措施如下：

Z_real為修正之后的量測值；

最終的狀態(tài)估計(jì)為：

X(k)＝X(k|k-1)+K*(Z_real-Z(k|k-1))

＝X(k|k-1)+K*λ*(Z(k)-Z(k|k-1))。