Методы нелинейной фильтрации в задаче навигации по геофизическим полям. Часть 2. Современные тенденции развития
https://doi.org/10.17285/0869-7035.2015.23.4.147-159
Аннотация
Рассматривается задача навигации подвижного объекта с использованием карт геофизических полей. Опираясь на проведенный ранее обзор алгоритмов нелинейной фильтрации, предложенных для решения этой задачи, обсуждаются современные тенденции и формулируются некоторые направления развития алгоритмического обеспечения, связанные с идентификацией моделей погрешностей используемых измерительных систем и с привлечением информации о модели движения объекта.
Ключевые слова
Навигация,
подвижный объект,
геофизические поля,
нелинейная фильтрация,
синтез алгоритмов,
идентификация.
Об авторах
О. А. Степанов
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»; Университет ИТМО (С.-Петербург).
Россия
Россия
Степанов Олег Андреевич, доктор технических наук, профессор, начальник отдела; профессор кафедры.
Вице-президент общественного объединения «Академия навигации и управления движением».
А. Б. Торопов
АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО (С.-Петербург).
Россия
Россия
Торопов Антон Борисович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник; сотрудник кафедры.
Список литературы
1. Степанов О.А., Торопов А.Б. Методы нелинейной фильтрации в задаче навигации по геофизическим полям. Часть 1. Обзор алгоритмов//Гироскопия и навигация. - 2015. - № 3 (90). - С. 102-125.
2. Nørgaard M., Poulsen N.K., and Ravn O., New developments in state estimation for nonlinear systems// Automatica, 2000, 36(11), pp. 1627-1638.
3. Chen Z., Bayesian Filtering: From Kalman Filters to Particle Filters, and Beyond, 2003, http://www.dsi.unifi.it/users/chisci/idfric/Nonlinear_filtering_Chen.pdf, 69 p.
4. Li X.R. and Jilkov V.P., A survey of maneuvering target tracking: Approximation techniques for nonlinear filtering // Proc. SPIE Conference on Signal and Data Processing of Small Targets, 2004, pp. 537-550.
5. Juiler S.J. and Uhlmann J.K. Unscented filtering and nonlinear estimation// Proc. IEEE, 2004, vol. 92(3), pp. 401-422.
6. Li X.R. Recursibility, batch and recursive forms of optimal linear estimation and filtering // Proc. of the Workshop on Multisensor Target Tracking: A Tribute to Oliver E. Drummond, 2004, pp. 99-111.
7. Daum F. Nonlinear filters: Beyond the Kalman filter // IEEE Aerospace and Electronic Systems, 2005, vol. 20(8), pp. 57-71.
8. Metzger J., Wisotzky K., Wendel J., and Trömmer G.F., Sigma-point filter for terrain referenced navigation // Proc. of AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, San Francisco, CA, August 2005.
9. Lefebvre T., Bruyninckx, H., and de Schutter J., Nonlinear Kalman Filtering for Force-Controlled Robot Tasks, 2005, Berlin: Springer, 265 p.
10. Simon D. Optimal State Estimation. Kalman, H∞, and Nonlinear approaches, A John Wiley & Sons, Inc., 2006, 550 p.
11. Степанов О.А. Линейный оптимальный алгоритм в нелинейных задачах обработки навигационной информации// Гироскопия и навигация. - 2006. - N 4.- С. 11-20.
12. Ånonsen K.B. and Hallingstad O., Sigma point Kalman filter for underwater terrain-based navigation, Control Applications in Marine Systems, 2007, vol. 7, Part 1, pp. 106-110.
13. Arasaratnam I., Haykin S., and Elliott R.J., Discrete-time nonlinear filtering algorithms using Gauss-Hermite quadrature, Proc. IEEE, 2007, vol. 95, no. 5, pp. 953-977.
14. Stepanov O.A., Toropov A.B., and Amosov O.S. Comparison of Kalman-type algorithms in nonlinear navigation problems for autonomous vehicles// 6-th IFAC Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles, 2007, pp. 493-498.
15. Arasaratnam I. and Haykin S., Cubature Kalman filters// IEEE Trans. on Automatic Control, 2009, vol. 54, no. 6, pp. 1254-1269.
16. Степанов О.А., Торопов А.Б. Линейные оптимальные алгоритмы в задачах оценивания с нелинейными измерениями. Связь с алгоритмами калмановского типа // Известия ТулГУ. Технический вестник. - 2012. -№ 7. - С. 172-189.
17. Duník J., Šimandl M., and Straka O., Unscented Kalman filter: Aspects and adaptive setting of scaling parameter//IEEE Trans, on Automatic Control, 2012, 57(9), pp. 2411-2416.
18. Stano P., Lendek Z., Braaksma J., Babuska R., de Keizer C. and den Dekker A.J. Parametric Bayesian filters for nonlinear stochastic dynamical systems: A survey// IEEE Trans. on Cybernetics, 2013, vol. 43, no. 6, pp. 1607- 1624.
19. Степанов О.А. Основные подходы и методы решения прикладных задач обработки измерительной информации//Материалы XVI Конференции молодых ученых «Навигация и управление движением». - СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», - 2014. - С. 12-35.
20. Зарицкий В.С. Светник В.Б., Шимелевич Л.И. Метод Монте-Карло в задачах оптимальной обработки информации // Автоматика и телемеханика. - 1975. - № 12. - С. 95-103.
21. Gordon N.J., Salmond D.J., and Smith A.F.M., Novel approach to nonlinear/non-Gaussian Bayesian state estimation// IEEE Proceedings, Pt. F, 1993, vol. 140, no. 2, pp. 107-113.
22. Stepanov O.A., Ivanov A.M., and Korenevski M.L. Monte Carlo methods for a special nonlinear filtering problem// 11th IFAC International Workshop Control Applications of Optimization, 2000, vol. 1, pp. 347-353.
23. Doucet A., de Freitas N. and Gordon N.J. Sequential Monte Carlo Methods in Practice, New York: Springer-Verlag, 2001. 581 p.
24. Gustafsson F., Gunnarsson F., Bergman N., Forssell U., Jansson J., Karlsson R., and Nordlund P-J., Particle filters for positioning, navigation and tracking// IEEE Trans. on Signal Processing, 2002, vol. 50, no. 2, pp. 425-437.
25. Arulampalam M.S., Maskell S., and Gordon N., Tutorial on particle filters for on-line nonlinear/non-Gaussian Bayesian tracking// IEEE Trans. on Signal Processing, 2002, vol. 50, no. 2, pp. 174-188.
26. Metzger J. and Trömmer G.F., Studies on four terrain referenced navigation techniques. //Symposium Gyro Technology, 2002, pp. 15.0-15.9.
27. Karlsson R. and Gustafsson F., Particle filter for underwater terrain navigation: Technical report, Report no.: LiTH-ISY-R-2530. Submitted to Statistical Signal Processing workshop 2003, http://www.control.isy.liu.se/publications. 7 p.
28. Flament A., Fleury G., and Davoust M.-E., Particle filter and Gaussian-mixture filter efficiency evaluation for terrain-aided navigation // Proc. XII European Signal Processing Conference, 2004, pp. 605-608.
29. Schön T., Gustaffson F., and Nordlund P.-J., Marginalized particle filters for linear/nonlinear state-space models // IEEE Trans. on Signal Processing, 2005, vol. 53, no. 7, pp. 2279-2289.
30. Ånonsen K.B. and Hallingstad O., Terrain aided underwater navigation using point mass and particle filters // PLANS IEEE, 2006, pp. 1027-1035.
31. Gustafsson F., Particle filter theory and practice with positioning applications // IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, vol. 25, no. 7, 2010, pp. 53-82.
32. Степанов О.А., Торопов А.Б. Сопоставление метода сеток и методов Монте-Карло в задаче корреляционно-экстремальной навигации // XVII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - 2010. - C. 308-311 (на английском и русском языках).
33. Doucet A. and Johansen A.M., A tutorial on particle filtering and smoothing: Fifteen years later, In: The Oxford Handbook of Nonlinear Filtering. Oxford Handbooks in Mathematics, Oxford: Oxford University Press, 2011, pp. 656-705.
34. Степанов, О.А., Торопов А.Б. Применение методов Монте-Карло с использованием процедур аналитического интегрирования по части переменных в задаче коррекции навигационной системы // ХХ Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. - 2013. - C. 252-255.
35. Берковский Н.А., Степанов О.А. Исследование погрешности вычисления оптимальной байесовской оценки методом Монте-Карло в нелинейных задачах//Известия Российской академии наук. Теория и системы управления. - 2013. - № 3, т. 52. - С. 3-14.
36. Särkkä, S. Bayesian Filtering and Smoothing/ S. Särkkä. - Cambridge University Press. -2013. - P.252
37. Степанов О.А., Торопов А.Б. Применение последовательных методов Монте-Карло с использованием процедур аналитического интегрирования при обработке навигационной ин формации // В сборнике: XII Всероссийское совещание по проблемам управления ВСПУ-2014 Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. - 2014. - С. 3324-3337.
38. Magill D.T., Optimal adaptive estimation sampled stochastic processes, IEEE Trans. on Automatic Control, Oct.1965, vol. AC-IO, no. 4, pp. 434-439.
39. Lainiotis D.G., Optimal adaptive estimation: Structure and parameter adaptation. IEEE Trans. Automatic Control, Apr. 1971, vol. 16, pp. 160-170.
40. Лайниотис Д.Г. Разделение – единый метод построения адаптивных систем//Труды института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике. - 1976.- Т. 64, N8. - I. Оценивание - С.8-27, II. Управление - С. 74-94.
41. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации/ О.А. Степанов. - СПб: ЦНИИ «Электроприбор», 1998. - 369 с.
42. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло/ И. М. Соболь. - М.: Наук, гл. редакция физ.- мат. литературы, 1973. - 312 с.
43. Ермаков С.М. Метод Монте-Карло и смежные вопросы/С.М. Ермаков. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. литературы, 1971. - 471 с.
44. Степанов О.А., Моторин А.В., Васильев В.А., Торопов А.Б. Применение методов нелинейной фильтрации в задачах построения моделей ошибок измерителей и погрешностей карты // Материалы XXIX конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н. Острякова. - СПб: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор». - 2014. - С. 293-302.
45. Белоглазов И.Н., Казарин С.Н. Стереоскопические навигационные системы. //Известия РАН. Теория и системы управления. - 1997. - N 6. - C. 15-37.
46. Белоглазов И.Н., Казарин С.Н. Совместное оптимальное оценивание, идентификация и проверка гипотез в дискретных динамических системах. //Известия РАН. Теория и системы управления. - 1998. - N4. - C 69-73.
47. Розов А.К. Нелинейная фильтрация сигналов. - М.: Политехника, 2002.- 372 с.
48. Белоглазов И.Н., Казарин С.Н. Стереоскопические системы навигации и наблюдения // Гироскопия и навигация. - 2000. - N2 (29). - C. 70-87.
49. Дмитриев С.П., Степанов О.А. Многоальтернативная фильтрация в задачах обработки навигационной информации // Радиотехника. - 2004. - N7. - C. 11-17.
50. Степанов О.А., Соколов А.И., Долнакова А.С. Анализ потенциальной точности оценивания параметров случайных процессов в задачах обработки навигационной информации // О.А. Степанов, А.И. Соколов, А.С. Долнакова/ Материалы XII Всероссийского совещания по проблемам управления. М: ИПУ им. В.А.Трапезникова РАН. - 2014. - С. 3324-3337.
51. Степанов О.А., Моторин А.В. Cравнение методов идентификации моделей ошибок датчиков, основанных на вариациях Аллана и алгоритмах нелинейной фильтрации // XXI Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам - СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2014 - С. 98-103.
52. Степанов О.А., Соколов А.В., Торопов А.Б., Васильев В.А., Краснов А.А. Выбор информативных траекторий в задаче корреляционно-экстремальной навигации с учетом погрешностей карты и измерителей // Материалы XXIX конференции памяти выдающегося конструктора гироскопических приборов Н.Н.Острякова. - СПб: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»., 2014. - С. 217-225.
53. Stepanov О.А. and Motorin A.V., Designing an error model for navigation sensors using the Bayesian approach // IEEE International Conference on Multisensor Fusion and lntegration for Intelligent Systems (MFI), Sept 14-16, 2015. San Diego, CA, USA, pp. 54-58.
54. Степанов О.А., Васильев В.А. Предельно достижимая точность оценивания по Рао-Крамеру в задачах нелинейной фильтрации при наличии порождающих шумов и ошибок измерения, зависящих от оцениваемых параметров. // Автоматика и телемеханика. Известия Академии наук. - 2016. - №1.
55. Koifman M. and Bar-Itzhack I., Inertial navigation system aided by aircraft dynamics // IEEE Trans. on Control Systems Technology 1999, 7 (4), pp. 487‒493.
56. Canciani A.J. and Raquet J.F., Absolute positioning using the Earth’s magnetic anomaly field // Proc. Institute of Navigation 2015 International Technical Meeting, 2015, pp. 265-278.
57. Stepanov O.A., Koshaev D.A., and Motorin A.V., Designing models for signals and errors of sensors in airborne gravimetry using nonlinear filtering methods // Proc. Institute of Navigation 2015 International Technical , 2015, pp. 279-284.
58. Brown R.G., Integrated navigation systems and Kalman filtering: A perspective// Navigation, USA, 1972-1973, vol.19, no. 4, pp. 355-362.
59. Brown R.G. and Hwang P.Y.C. Introduction to Random Signals and Applied Kalman Filtering. 2nd ed., Wiley, New York,1992.
60. Мансур M. Э. Э., Степанов О.А. Комплементарный фильтр в задачах комплексной обработки избыточных измерений. // Труды Всероссийской научной конференции по проблемам управления в технических системах. - 2015. - С. 380-384.
61. Дмитриев С.П., Степанов О.А. Неинвариантные алгоритмы обработки информации инерциальных навигационных систем //Гироскопия и навигация. - 2000. - N1(30). - С. 24-38.
62. Красовский, А.А. Теория корреляционно-экстремальных навигационных систем/ А. А. Красовский, И. Н. Белоглазов, Г.П. Чигин. - М.: Наука. Гл. ред. физико-математической литературы, 1979. - 448 с.
63. Дмитриев С.П., Кошаев Д.А. Оценивание непрерывного сигнала с учетом ограничений // Автоматика и телемеханика. - 2011. - N 7. - С. 116-133.
64. Crocoll P., Seibold J., Scholz G., and Trömmer G.F., Model-aided navigation for a quadrotor helicopter: A novel navigation system and first experimental results// Journal of the Institute of Navigation, vol. 61, no 4, 2014, pp. 253-271.
65. Honkavirta V., Perälä T., Ali-Löytty S., and Piché R., A comparative survey of WLAN location fingerprinting methods, Proc. 6th Workshop on Positioning, Navigation and Communication 2009 (WPNC’09). Hannover, Germany, March 2009, pp. 243-251.
66. Feder H.J.S., Leonard J.J., and Smith C.M., Adaptive mobile robot navigation and mapping// Int. J. of Robotics Research, Special Issue on Field and Service Robotics, July 1999, vol. 18, no. 7, pp. 650-668.
67. Törnqvist D., Schön Th. B., Karlsson R., and Gustafsson F., Particle filter SLAM with high dimensional vehicle model // Journal of Intelligent and Robotic Systems, August 2009, 55(4-5), pp. 249-266.
68. Ho B. et al., Autonomous navigation for autonomous underwater vehicles based on information filters and active sensing // Sensors, 2011, no. 11, pp. 10958-10980.
Рецензия
Для цитирования:
Степанов О.А., Торопов А.Б. Методы нелинейной фильтрации в задаче навигации по геофизическим полям. Часть 2. Современные тенденции развития. Гироскопия и навигация. 2015;23(4):147-159. https://doi.org/10.17285/0869-7035.2015.23.4.147-159
For citation:
Stepanov O.A., Toropov A.B. Nonlinear filtering for map-aided navigation. Part 2. Development trends. Giroskopiya i Navigatsiya. 2015;23(4):147-159. (In Russ.) https://doi.org/10.17285/0869-7035.2015.23.4.147-159
Просмотров:
5
Послать статью по эл. почте 