四元数约束的容积卡尔曼滤波及其应用
CSTR:
作者:
作者单位:

(哈尔滨工程大学 自动化学院,150001 哈尔滨)

作者简介:

钱华明(1965—),男,教授,博士生导师.

通讯作者:

黄蔚,huangwei2393@163.com.

中图分类号:

U666.12

基金项目:

国家自然科学基金资助项目 (61104036);哈尔滨市科技创新人才研究专项资金(优秀学科带头人)资助项目(2014RFXXJ074).


Cubature Kalman filter with quaternion constraint and its application
Author:
Affiliation:

(College of Automation, Harbin Engineering University, 150001 Harbin, China)

Fund Project:

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    摘要:

    针对一些非线性系统状态变量中存在四元数约束的情况,提出了一种四元数约束下的容积卡尔曼滤波(quaternion constrained cubature kalman filter,QCCKF)算法.基于最小约束代价函数,采用三阶球面-相径容积规则近似计算系统状态的后验均值和协方差,给出了QCCKF滤波递推公式.设计的QCCKF算法可以有效地对状态进行估计,扩展了CKF的应用范围.最后对飞行器姿态估计系统进行仿真,仿真结果表明,该算法估计精度优于常规CKF和无迹四元数估计法(unscented quaternion estimator, USQUE),并满足四元数约束条件,较好地解决了非线性系统存在四元数约束的问题,验证了算法的有效性.

    Abstract:

    Aiming at the case of the state vector with quaternion constraint in some nonlinear systems, a quaternion constrained cubature Kalman filter algorithm is presented. Based on a minimum constrained cost function, this algorithm uses three-degree spherical-radial cubature rule to approximate the posterior mean and covariance, and gives the QCCKF recursive formula. It can estimate the state effectively, and extends the applications of the cubature Kalman filter (CKF). By simulating for the spacecraft attitude estimation system, simulation results show that the proposed algorithm is superior to CKF and unscented quaternion estimator(USQUE) in precision, satisfies the quaternion constraint, and solves the problem that the nonlinear system has quaternion constraint, which show the validation of the proposed method.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

钱华明,黄蔚,孙龙.四元数约束的容积卡尔曼滤波及其应用[J].哈尔滨工业大学学报,2014,46(7):40. DOI:10.11918/j. issn.0367-6234.2014.07.008

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  • 收稿日期:2013-04-01
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  • 在线发布日期: 2014-07-30
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