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Kalman滤波理论及其在通信与信号处理中的应用

作　者: 邱凤云
导　师: 江铭炎
学　校: 山东大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 卡尔曼滤波 图像复原 无线定位 导航系统
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 2013次
引　用: 14次
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内容摘要


1960年,R.E.Kalman提出了卡尔曼滤波,它是一种时域滤波方法,采用状态空间方法描述系统,算法采用递推形式,数据存储量小,不仅可以处理平稳随机过程,也可以处理多维和非平稳随机过程。随着电子计算机的迅速发展和广泛应用,卡尔曼滤波以其设计简单易行、存储空间小、动态实时处理等优点在工程实践中受到了高度重视,成为推广研究和应用的主题。目前,卡尔曼滤波理论作为一种最重要的最优估计理论,已经被广泛应用于通信工程、系统工程、工业过程控制、遥感等各个领域,成为当前国际上研究的一大热点。立足于卡尔曼滤波的基础理论,本文对其在通信与信号处理各方面的应用进行了研究。主要研究内容如下:一、在最优滤波理论、智能优化算法和图像复原相结合方面做出有益的探索及改进。针对卡尔曼滤波在图像复原中的应用,结合遗传算法,提出了一种模型参数自适应的图像复原技术,该方法利用遗传算法从观测到的退化图像中估计出像素之间的关系,为卡尔曼滤波提供最优的系统模型,仿真实验结果表明所提的方法对参数自适应性及复原图像质量的提高有很好的效果。二、对卡尔曼滤波技术在无线定位中的应用进行了研究。一方面,利用卡尔曼滤波良好的跟踪性能,实现了移动台位置估计,包括基于卡尔曼滤波的单一定位和混合定位;另一方面,从分析TOA测量值中的非视距误差的统计特性入手,给出了三种用卡尔曼滤波器实现的非视距误差消除算法。三、研究了最优滤波在导航系统中的应用。在介绍了全球定位系统GPS和捷联式惯性导航系统SINS的基本理论的基础上,将卡尔曼滤波技术用到了GPS输出数据处理及SINS静基座初始对准方面;进一步讨论了GPS/SINS组合导航中卡尔曼滤波技术的应用问题,设计了位置、速度组合模式的卡尔曼滤波器,并对组合导航系统进行了仿真研究。四、讨论了卡尔曼滤波在无线传感器网络节点定位技术中的应用。介绍了无线传感器网络节点定位基本理论,并以基于滤波重构的TDOA定位技术为例讨论了卡尔曼滤波在WSN节点定位中的应用,为今后的研究方向提供了一个参考。相信随着科技的不断进步,卡尔曼滤波理论将不断完善,其应用领域也将更加广泛。

全文目录


中文摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
符号说明  14-15
第一章 绪论  15-20
  1.1 估计理论概述  15-17
  1.2 Kalman滤波理论的提出、发展及应用  17-19
  1.3 本文的主要研究内容及结构  19-20
第二章 卡尔曼滤波理论  20-29
  2.1 随机线性离散系统的数学模型  20-21
  2.2 随机线性离散系统的Kalman滤波方程  21-27
    2.2.1 随机线性离散系统的Kalman滤波基本方程  21-23
    2.2.2 随机线性离散系统的Kalman滤波方程的直观推导  23-27
  2.3 卡尔曼滤波的稳定性及误差分析  27-28
    2.3.1 滤波稳定性分析  27
    2.3.2 滤波误差分析  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 基于卡尔曼滤波的图像复原  29-39
  3.1 图像模型的建立  29-30
  3.2 基于卡尔曼滤波的图像复原方法  30-32
  3.3 基于遗传算法和卡尔曼滤波的自适应图像复原  32-38
    3.3.1 图像模型选择  32-33
    3.3.2 自适应图像复原  33-35
    3.3.3 仿真结果与分析  35-38
    3.3.4 本节小结  38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 卡尔曼滤波在无线定位中的应用  39-54
  4.1 无线定位技术概述  39-43
    4.1.1 无线定位技术  39-40
    4.1.2 无线定位的基本方法  40-41
    4.1.3 无线定位技术存在的主要问题  41-43
    4.1.4 衡量无线定位算法性能指标  43
  4.2 基于卡尔曼滤波的移动台定位方法  43-47
    4.2.1 基于卡尔曼滤波的单一定位方法  44-45
    4.2.2 基于卡尔曼滤波的混合定位方法  45-46
    4.2.3 仿真分析  46-47
  4.3 基于卡尔曼滤波的非视距误差消除方法  47-52
    4.3.1 非视距误差模型及其特点  47-48
    4.3.2 非视距误差消除  48-52
  4.4 本章小结  52-54
第五章 最优滤波与导航  54-74
  5.1 全球定位系统  54-56
    5.1.1 GPS系统组成  54-55
    5.1.2 GPS的特点及用途  55-56
  5.2 卡尔曼滤波方法处理GPS静态定位数据  56-60
    5.2.1 系统模型建立  56-59
    5.2.2 仿真结果  59-60
  5.3 惯性导航系统  60-62
  5.4 捷联惯导静基座初始对准的卡尔曼滤波方法  62-66
    5.4.1 捷联惯导初始对准概述  62-63
    5.4.2 系统仿真模型  63-64
    5.4.3 仿真分析  64-66
  5.5 GPS/SINS组合导航系统卡尔曼滤波设计  66-73
    5.5.1 GPS/SINS组合导航系统  66-68
    5.5.2 系统仿真模型  68-71
    5.5.3 仿真分析  71-73
  5.6 本章小结  73-74
第六章 卡尔曼滤波在无线传感器网络节点定位中的应用  74-81
  6.1 引言  74
  6.2 WSN节点定位机制  74-78
    6.2.1 与距离无关的定位技术  75-76
    6.2.2 基于测距的定位技术  76-78
  6.3 基于卡尔曼滤波的WSN节点定位研究  78-80
    6.3.1 网络模型与参数获取  78-79
    6.3.2 数学模型  79-80
  6.4 本章小结  80-81
第七章 总结与展望  81-83
参考文献  83-88
致谢  88-89
攻读硕士学位期间发表的论文  89-90
学位论文评阅及答辩情况表  90

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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