動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)中的Kalman濾波方法研究.pdf

1、對(duì)大型工程結(jié)構(gòu)物或者建筑物進(jìn)行動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程結(jié)構(gòu)物的變形狀況,從而采取相應(yīng)的維護(hù)措施,避免災(zāi)難性的事故發(fā)生。Kalman濾波是一種廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理的濾波方法,其能夠從帶有噪聲的觀測(cè)數(shù)據(jù)中對(duì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì),并做出下一步預(yù)測(cè)。本文對(duì)Kalman濾波方法及其在動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究,其中主要內(nèi)容和貢獻(xiàn)有:
　　 (1)標(biāo)準(zhǔn)Kalman濾波最優(yōu)算法是建立在給定準(zhǔn)確的函數(shù)模型和隨機(jī)模型基礎(chǔ)之上的,因而其使用受到

2、一定限制。本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)Kalman濾波、Sage自適應(yīng)濾波、抗差Kalman濾波和抗差自適應(yīng)Kalman濾波等幾種主要濾波算法進(jìn)行了介紹以及編程實(shí)現(xiàn)。并針對(duì)抗差自適應(yīng)Kalman濾波算法中的自適應(yīng)因子和抗差等價(jià)權(quán)矩陣的計(jì)算進(jìn)行了研究和改進(jìn),利用模擬振動(dòng)臺(tái)GPS觀測(cè)數(shù)據(jù)和某高速公路邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了改進(jìn)算法的有效性,同時(shí)對(duì)上述幾種算法進(jìn)行了比較分析,以指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用。
　　 (2)在動(dòng)態(tài)定位或動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)中,Kalman濾波的狀態(tài)模型

3、一般采用隨機(jī)游走、常速度和常加速運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。然而用這些簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型來描述變形體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都不可避免的含有模型誤差。本文對(duì)上述三種狀態(tài)模型進(jìn)行了詳細(xì)介紹和分析,并采用振動(dòng)臺(tái)模擬數(shù)據(jù),分別對(duì)上述幾種模型進(jìn)行了比較分析,給出了不同模型在變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn),為變形監(jiān)測(cè)中狀態(tài)模型的選擇提供了參考。
　　 (3)在高精度GPS定位中,當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)周圍環(huán)境變化很小時(shí),GPS多路徑效應(yīng)具有很強(qiáng)的重復(fù)性。利用該特性建立誤差改正模型是削弱多

4、路徑效應(yīng)系統(tǒng)誤差的一種有效方法,但是隨著距離誤差改正模型的時(shí)間間隔加長(zhǎng),其重復(fù)性減小,該方法的有效性也快速降低。為此,提出一種基于增廣參數(shù)Kalman濾波的多路徑效應(yīng)系統(tǒng)誤差估計(jì)方法,將系統(tǒng)誤差作為狀態(tài)參數(shù),并對(duì)其建立一階AR模型,同時(shí)利用多路徑重復(fù)性特性,更新多路徑誤差改正模型,在一定程度上解決固定多路徑誤差模型隨著時(shí)間推移重復(fù)性減小而有效性降低的問題,并利用16天實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)例證了本方法具有一定的可行性和有效性。
　　 (4)G