Comparison of sequential data assimilation methods for the Kuramoto–Sivashinsky equation

The Kuramoto–Sivashinsky equation plays an important role as a low‐dimensional prototype for complicated fluid dynamics systems having been studied due to its chaotic pattern forming behavior. Up to now, efforts to carry out data assimilation with this 1‐D model were restricted to variational adjoint methods domain and only Chorin and Krause (Proc. Natl. Acad. Sci. 2004; 101 (42):15013–15017) tested it using a sequential Bayesian filter approach. In this work we compare three sequential data assimilation methods namely the Kalman filter approach, the sequential Monte Carlo particle filter approach and the maximum likelihood ensemble filter methods. This comparison is to the best of our knowledge novel. We compare in detail their relative performance for both linear and nonlinear observation operators. The results of these sequential data assimilation tests are discussed and conclusions are drawn as to the suitability of these data assimilation methods in the presence of linear and nonlinear observation operators. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

Multiresolutional Maneuvering Target Tracking Fusion Algorithm Based on Singular Sensor and Multipale Models

§１．　ＤｉｓｃｒｅｔｅＷａｖｅｌｅｔＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｈｅｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎａｌａｎａｙｓｉｓｔｈｏｕｇｈｔｉｓｔｈａｔｗｅｄｅｃｏｍｐｏｓｅｔｈｅｓｉｇｎａｌｗｈｉｃｈｉｓｄｅａｋｅｄｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｌｅｖｅｌｕｓｉｎｇｗａｖｅｌｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｏｗｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｉｎｓｍｏｔｈｉｎｇｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅｓｉｇｎａｌｔｈａｔｅｘｉｓｔｉｎｈｉｇｈｅｒｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｌｅｖｅ…     

卡尔曼滤波伏安法同时测量显影废水中米吐尔和对苯二酚的研究

用自制蒙脱石—石墨—聚氯乙烯复合电极做工作电极。溶液的pH=5．0时。米吐尔的氧化峰电位为310mV。浓度在4．0～32．0μg．mL^-1范围时。峰电流与浓度有良好的线性关系(J=0．0057 0．6398c，γ=0．999)；对苯二酚的氧化峰的峰电位为320mV。浓度在4．0～32．0μg．mL^-1范围时。峰电流与浓度有良好的线性关系(I=-0．0164 0．9747c，γ=0．999)．用卡尔曼滤波伏安法对显影废水中米吐尔和对苯二酚进行了同时测定，米吐尔的平均回收率为99．47％，对苯二酚的平均回收率为100．06％。     

包过滤系统中关键字过滤的实现及其性能分析

一般的包过滤系统仅对IP(Internet Protocol)地址、端口类型等项目进行过滤。笔者提出了对数据包中的数据按照关键字进行过滤的方法，并基于KMP(Kunth—Morris—Pratt)关键字匹配算法，对该系统进行了相应的性能测试。在测试环境下，得出网络吞吐量为75％，1000字节长的数据帧的平均过滤时延约为100μs等一系列测试数据。通过对过滤时延的分析及网络吞吐量的调试结果表明，该方案所设计的系统性能基本能够满足实际要求。     

利用OTA—C实现的PRB型带通滤波器

本文提出了用ＯＴＡ－Ｃ实现的ＰＲＢ型带通滤波器，讨论了可能采用的自动调谐方案．这种电路可以用来实现中心频率和带宽可变的通用Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ和Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ带通滤波器．对滤波器可能的输入电压最大值，以及一些非理想因素的影响进行了初步的讨论．进行了分立组件电路的实验，验证了方法的可行性     

带时滞观测线性离散系统的递推滤波

本文讨论带时滞观测线性离散系统的滤波问题,提出利用联合分布函数,得到滤波递推格式.这种方法还适用于一般的带有状态时滞的线性离散系统.     

A Maximum Entropy Method for Particle Filtering

Standard ensemble or particle filtering schemes do not properly represent states of low priori probability when the number of available samples is too small, as is often the case in practical applications. We introduce here a set of parametric resampling methods to solve this problem. Motivated by a general H-theorem for relative entropy, we construct parametric models for the filter distributions as maximum-entropy/minimum-information models consistent with moments of the particle ensemble. When the prior distributions are modeled as mixtures of Gaussians, our method naturally generalizes the ensemble Kalman filter to systems with highly non-Gaussian statistics. We apply the new particle filters presented here to two simple test cases: a one-dimensional diffusion process in a double-well potential and the three-dimensional chaotic dynamical system of Lorenz.     

基于变分贝叶斯估计方法的双尺度自适应Kalman滤波

针对Kalman滤波在对敌目标估计应用中遇到的量测和过程噪声均未知且时变的情况,提出了一种利用变分贝叶斯估计的双尺度自适应滤波方法。解决了2个关键问题：一是针对量测和过程噪声协方差的共轭后验分布提出了相对转移概率指标,设计了启发式的自适应噪声估计窗口,实现了稳态精度和时变响应性能的综合提升,能适应敌方目标机动性高且统计特性变化快的特点;二是设计了在不同时间尺度上估计过程噪声和量测噪声的协方差方法,解决了在同一时间尺度上使协方差估计值发生严重偏差且增大滤波误差的问题。仿真表明,所提方法能快速跟踪目标状态噪声统计特性的变化并保证估计精度。     

融合MT2503与MEMS传感器的惯性导航定位算法

为提高惯性导航室内定位算法的精度与连续性,提出一种融合MT2503与MEMS传感器的惯性导航定位算法,算法以MT2503芯片作为定位终端,并将加速度计传感器、陀螺仪,磁力计等传感器与其进行融合,通过加速度计传感器解算步长、步幅、步频,通过陀螺仪与磁力计来识别定位终端微动偏移量,最后在初始位置上累加定位终端位移得出定位终端实时位置。实验证实通过零速修正和卡尔曼滤波对误差进行校正,有效的解决了MEMS(micro-electro mechanical system)定位算法中存在的导航解算误差累积问题,提升了MEMS惯性导航室内定位算法的精度。     

自适应卡尔曼滤波在供水管网爆管预警的应用

根据Supervisory Control and Data Acquisition （SCADA）系统异常监测值能及时预警供水管网爆管,但由于用水周期变化、随机波动及监测误差,导致实际中很难预警较小爆管。针对该难题,开展了基于自适应卡尔曼滤波的供水管网爆管信号识别研究,提出将历史监测数据按用水周期分解,采用自适应卡尔曼滤波结合平均低通滤波对管网供水量进行实时估计,根据监测值与估计值的差,预警爆管、估算爆管流量。分别采用仿真数据与实测数据验证所提出方法,结果表明,所提出方法可用于实际供水管网爆管预警;对所采用实测数据,爆管预警精度约为最大时水量的9%;此外,实际爆管预警精度主要取决于用水量本身的随机波动,同时与监测数据采样频率相关。