基于一步异相关法则的kalman 滤波抗野值方法

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1、２０１０年第２４卷第５期测试技术学报Ｖｏｌ．２４Ｎｏ．５２０１０（总第８３期）﹢﹨﹦﹢﹥﹦﹢﹦﹦﹦﹤﹪﹩（ＳｕｍＮｏ．８３）文章编号：１６７１７４４９（２０１０）０５０４５４０５基于一步异相关法则的ｋａｌｍａｎ滤波抗野值方法张兴华，刘超（山西大学物理电子工程学院，山西太原０３０００６）摘要：分析了野值对ｋａｌｍａｎ滤波的影响机理；从随机序列的自相关

2、函数出发，利用序列的一步差分方差判别野值的一步异相关法则，提出基于一步异相关法则的ｋａｌｍａｎ滤波新方法，并与传统的改进方法进行了仿真比较．仿真实验表明，该方法简单易行，可以有效抑制观测值中野值对ｋａｌｍａｎ滤波的不利影响，提高滤波精度和稳定性．关键词：野值；ｋａｌｍａｎ滤波；新息；相关函数；一步异相关法则中图分类号：ＴＮ９１１．２３文献标识码：Ａ┄：１０．３９６９燉ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７４４９．２０１０．０４．０１８┉┊┎┄┃┈┉┇┃┃┊┉━┇┈┄━│┃﹨━┉┇﹣┈┄┃┃┐

3、┉┅┃┊━┇﹤┄┇┇━┉┄┃┌ＺＨＡＮＧＸｉｎｇｈｕａ，ＬＩＵＣｈａｏ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｘｉ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）﹢┈┉┇┉：ＴｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｌｉｅｒｓａｆｆｅｃｔＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｓ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏａｕｔｏｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｒａｎｄｏｍｓｅｒｉｅｓａｎｄｏｎｅｓｔｅｐｄｉｆ

4、ｆｅｒｅｎｃｅｖａｒｉａｎｃｅｆｏｒｏｕｔｌｉｅｒｓｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｏｎｅｓｔｅｐｓｉｎｇｕｌａｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｌａｗｆｏｒＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄｅａｓｙ，ａｎｄｉｔｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｓｔｒａｉｎｔｈｅｂａｄｅｆｆｅｃｔｓｆｒｏｍｔｈｅｏｕｔ

5、ｌｉｅｒｓｉｎｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｖａｌｕｅｓｄｕｒｉｎｇｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｆｉｌｔｅｒｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ．┎┌┄┇┈：ｏｕｔｌｉｅｒ；Ｋａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ；ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ；ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｏｎｅｓｔｅｐｓｉｎｇｕｌａｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ０引言Ｋａｌｍａｎ滤波是一种线性、无偏、最小方差的统计估计方法，它具有完备的理论基础和简便算法，因而获得了广泛的实际应用．其引用领域包括通信、信息融合、信号处理、保险评估、故障诊断、导航、目标跟

6、收稿日期：２０１００５１６基金项目：山西省科学自然基金资助项目（２００８０１１０１１）作者简介：张兴华（１９８５），男，硕士生，主要从事随机信号处理研究通信作者：刘超（１９５８），男，副教授，博士，主要从事随机估计与控制研究．（总第８３期）基于一步异相关法则的ｋａｌｍａｎ滤波抗野值方法（张兴华等）４５５踪和图像处理等［１３］．但在工程应用中，由于来自观测环境、设备本身以及跟踪目标等多种偶然因素的综合影响和作用，正常观测时出现野值的几率约为２％～５％甚至１０％～２０％［４］［５６］．而近年来研究表明，ｋａｌｍａｎ滤波

7、算法缺乏对野值的抗干扰性和对突发性错误的容错能力．野值对ｋａｌｍａｎ滤波效果会产生严重影响，甚至导致状态估计明显偏离真实状态．为此，理论上已提出了各种改进方法．例如为了加强新近数据对估计的作用，研究了对前牑次观测值指数加权、对观测值加入可变活化函数进行限制、在状态方程中加入压缩函数、基于容错算法、法则和小波变换等方法［７１０］．上述方法有易实现，速度快、可在线等优点，然而这些方法需要建立模型、参数选取和尺度参数的选择，并且数据处理过程会随模型结构及参数选取的复杂度而变得复杂，原有数据性质改变或遭到破坏，从而出现较大的估计偏差．

8、实际上，观测序列的变化直接反应了待处理序列的相关性的变化特性．因此，本文从序列的自相关函数出发，给出基于一步异相关法则对ｋａｌｍａｎ滤波的修正算法：利用一步异相关法则对观测序列中的野值进行辨识与修正，使修正后的序列能够保持原有序列的相关性，从而消除野值对滤波过程