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基于内点法的不敏卡尔曼滤波算法

2017-07-12贺姗师昕

软件导刊 2017年6期
关键词:优化算法

贺姗+师昕

摘要:针对非线性不等式状态约束滤波问题,提出一种基于内点法的不敏卡尔曼滤波算法。该算法在不敏卡尔曼滤波的基础上结合了优化算法的思想,采用内点优化法求解非线性不等式约束条件下的最优解。在算法实现过程中,引入障碍项,用无约束障碍函数近似化受约束目标函数,采用一个相当小的正数即障碍因子,通过序列极小化方法逐渐减小该障碍因子,经过迭代快速搜索出非线性不等式状态约束问题的近似最优解。对具有约束的航路跟踪系统进行实验仿真,实验结果表明新算法在处理非线性不等式状态约束滤波问题时,能够有效地提高状态估计精度,获得较高的滤波精度,且时间复杂度较低。

关键词:状态约束;不敏卡尔曼滤波;优化算法;目标跟踪;信息融合

DOIDOI:10.11907/rjdk.171335

中图分类号:TP312

文献标识码:A 文章编号:1672-7800(2017)006-0040-05

0 引言

在状态估计问题中,状态向量可能受到很多因素制约。例如:船只在海上航行中会受到航路的约束,钟摆摆动过程中需要遵守机械能守恒定律。若将这些约束条件有效地施加到状态估计过程中,能够更加逼近实际状态值,获得较高的滤波精度[1-3]。因此,针对受约束条件下状态估计问题的研究具有重要意义。

近年来,人们针对等式状态约束问题进行了深入研究,并提出了很多有效的约束算法。例如:水平滑动估计算法(Moving Horizon Estimation, MHE)[4-5]、平滑约束卡尔曼滤波(Smoothly Constrained Kalman Filter, SCKF)[6]、二阶泰勒级数展开非线性约束滤波(2ord Nonlinear Constrained,2ord NC)[7]等。在实际问题中,系统状态向量也可能受到不等式约束条件的限制。……

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