基于分段线性模型的卡尔曼滤波非均匀校正算法
卡尔曼滤波器分类及基本公式
以 时刻的最优估计 为准,预测 时刻的状态变量 ,同时又对该状态进行观测,得到观测变量 ,再在预测与观测之间进行分析,或者说是以观测量对预测量进行修正,从而得到 时刻的最优状态估计 。
卡尔曼滤波思想
卡尔曼滤波的由来
卡尔曼滤波的由来
卡尔曼滤波理论作为最优估计的一种,它的创立是科学技术和社会需要发展到一定程度的必然结果。在1795年,高斯为测定行星运动轨道而提出最小二乘估计法。为了解决火力控制系统精度跟踪问题,维纳于1942年提出了维纳滤波理论,利用有用信号和干扰信号的功率谱确定线性滤波器的频率特性,首次将数理统计理论与线性理论有机的联系在一起,形成了对随机信号做平滑、估计或者预测的最优估计新理论。但是采用频域设计法是造成维纳滤波器设计困难的根本原因。于是,人们逐渐转向寻求在时域内直接设计最优滤波器的方法,而卡尔曼研究的卡尔曼滤波理论很好的解决了这个问题
卡尔曼滤波的基本方程
例子
卡尔曼滤波的基本方程
现在,我们用于估算K时刻房间的实际温度有两个温度值:估计值23度和测量值25度。究竟实际温度是多少呢?是相信自己还是相信温度计?究竟相信谁多一点?我们需要用他们的均方误差来判断。因为, (*公式三),所以我们可以估算出K时刻的最优温度值为: 度(*公式四)。 得到了K时刻的最优温度,下一步就是对K+1时刻的温度值进行最优估算,需要得到K时刻的最优温度(24.56)的偏差,算法如下: (*公式五) 就这样,卡尔曼滤波器就不断的把均方误差递归,从而估算出最优的温度值,运行速度快,且只保留上一时刻的协方差。
卡尔曼滤波的由来
卡尔曼,全名Rudolf Emil Kalman,匈牙利数学家,1930年出生于匈牙利首都布达佩斯。1953,1954年于麻省理工学院分别获得电机工程学士及硕士学位。1957年于哥伦比亚大学获得博士学位。我们在现代控制理论中要学习的卡尔曼滤波器,正是源于他的博士论文和1960年发表的论文《A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems》(线性滤波与预测问题的新方法)。
卡尔曼滤波_卡尔曼算法
卡尔曼滤波_卡尔曼算法1.引言1.1 概述卡尔曼滤波是一种用于估计系统状态的技术,通过融合传感器测量值和系统模型的预测值,提供对系统状态的最优估计。
它的应用十分广泛,特别在导航、图像处理、机器人技术等领域中发挥着重要作用。
在现实世界中,我们往往面临着各种噪声和不确定性,这些因素会影响我们对系统状态的准确估计。
卡尔曼滤波通过动态调整系统状态的估计值,可以有效地抑制这些干扰,提供更加精确的系统状态估计。
卡尔曼滤波的核心思想是利用系统模型的预测和传感器测量值之间的线性组合,来计算系统状态的最优估计。
通过动态地更新状态估计值,卡尔曼滤波可以在对系统状态的准确估计和对传感器测量值的实时响应之间进行平衡。
卡尔曼滤波算法包括两个主要步骤:预测和更新。
在预测步骤中,通过系统模型和上一时刻的状态估计值,预测当前时刻的系统状态。
在更新步骤中,将传感器测量值与预测值进行比较,然后根据测量误差和系统不确定性的权重,计算系统状态的最优估计。
卡尔曼滤波具有很多优点,例如它对传感器噪声和系统模型误差具有鲁棒性,可以提供较为稳定的估计结果。
此外,卡尔曼滤波还可以有效地处理缺失数据和不完全的测量信息,具有较高的自适应性和实时性。
尽管卡尔曼滤波在理论上具有较好的性能,但实际应用中还需考虑诸如系统模型的准确性、测量噪声的特性等因素。
因此,在具体应用中需要根据实际情况进行算法参数的调整和优化,以提高估计的准确性和可靠性。
通过深入理解卡尔曼滤波的原理和应用,我们可以更好地应对复杂环境下的估计问题,从而在实际工程中取得更好的效果。
本文将介绍卡尔曼滤波的基本原理和算法步骤,以及其在不同领域的应用案例。
希望通过本文的阅读,读者们可以对卡尔曼滤波有一个全面的了解,并能够在实际工程中灵活运用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写:1.2 文章结构本文将围绕卡尔曼滤波和卡尔曼算法展开论述。
首先,我们会在引言部分对卡尔曼滤波和卡尔曼算法进行简要概述,介绍其基本原理和应用领域。
卡尔曼滤波方法
次提出的一种估计方法。之所以称为滤波,是因为它是一 种排除随机干扰,提高检测精度的一种手段。
• KF是基于最小方差准则推导出来的一种线性滤波器。 • KF是一种时域递推算法,根据上一状态的估计值和当前
状态的观测值推出当前状态,不需存储大量的历史数据, 便于计算机实现。
xˆk xˆk K( yk yˆk )
Px, k Px, k KPy, k K T
27
Xˆ k|k Xˆ k k1 Kk Z~k k1
测量更新 /修正
方差估值 Pk k [I Kk Hk ]Pk k1
7
3.5 卡尔曼滤波的结构图
上述递推公式,称为卡尔曼滤波器。实际上,卡尔曼 滤波器也是一个系统,其结构框图如下:
Zk + -
+
Kk
+
Z k|k 1
当前估计值
Xˆ k
14
3.7 联邦卡尔曼滤波
• 卡尔曼滤波最成功的工程应用是设计运载体的高精度组合
导航系统。为了与联邦滤波方法相区别,将普通的卡尔曼
滤波称为集中卡尔曼滤波。
• 由于对导航精度要求的提高,导航设备越来越多。另一方
面,现代系统向大系统和复杂系统的方向发展。这种情况
下采用集中式卡尔曼实现组合导航,存在两个问题:
yˆ
k
W (m) i
i
k|k 1
i0
2n
Py, k
Wi
(c)
[
i k|k
1
yˆ k
][
i k|k 1
yˆk ]T
卡尔曼滤波处理非平稳信号
卡尔曼滤波处理非平稳信号卡尔曼滤波是一种常用的信号处理方法,它可以有效地处理非平稳信号。
非平稳信号是指信号的统计特性随时间变化的信号,例如噪声、振动等。
卡尔曼滤波通过对信号进行预测和校正,可以减小噪声的影响,提高信号的精度和稳定性。
卡尔曼滤波的基本思想是利用系统的状态方程和观测方程,对系统的状态进行估计和预测。
在卡尔曼滤波中,系统的状态被表示为一个向量,包含系统的各个状态变量。
观测方程用于描述系统的输出,即观测量。
卡尔曼滤波通过对系统状态的预测和校正,不断更新状态向量,从而实现对信号的滤波和估计。
卡尔曼滤波的核心是卡尔曼滤波器,它由两个部分组成:预测器和校正器。
预测器用于预测系统的状态,校正器用于校正预测值。
在预测器中,系统的状态被表示为一个高斯分布,预测器利用系统的状态方程和噪声模型,对状态向量进行预测。
在校正器中,利用观测方程和噪声模型,对预测值进行校正,得到最终的状态估计值。
卡尔曼滤波的优点在于它可以处理非线性系统和非高斯噪声。
在非线性系统中,卡尔曼滤波通过线性化系统模型,将非线性问题转化为线性问题,从而实现对非线性系统的处理。
在非高斯噪声中,卡尔曼滤波通过对噪声进行建模,将非高斯噪声转化为高斯噪声,从而实现对非高斯噪声的处理。
卡尔曼滤波在实际应用中有广泛的应用,例如航空航天、导航、控制等领域。
在航空航天领域中,卡尔曼滤波被广泛应用于导弹制导、飞行控制等方面。
在导航领域中,卡尔曼滤波被应用于GPS定位、惯性导航等方面。
在控制领域中,卡尔曼滤波被应用于自适应控制、模型预测控制等方面。
总之,卡尔曼滤波是一种有效的信号处理方法,可以处理非平稳信号,提高信号的精度和稳定性。
卡尔曼滤波在实际应用中有广泛的应用,是一种非常重要的信号处理技术。
gps卡尔曼滤波算法
gps卡尔曼滤波算法摘要:1.概述2.卡尔曼滤波算法的原理3.GPS 定位系统与卡尔曼滤波算法4.卡尔曼滤波算法在GPS 定位系统中的应用5.总结正文:一、概述卡尔曼滤波算法是一种线性高斯状态空间模型,可以用于估计动态系统的状态变量。
该算法通过预测阶段和更新阶段两个步骤,不断优化状态估计值,使其更接近真实值。
卡尔曼滤波算法在许多领域都有应用,如导航定位、机器人控制等。
本文主要介绍卡尔曼滤波算法在GPS 定位系统中的应用。
二、卡尔曼滤波算法的原理卡尔曼滤波算法分为两个阶段:预测阶段和更新阶段。
1.预测阶段:在预测阶段,系统模型和上一时刻的状态估计值被用于预测当前时刻的状态值。
预测方程为:x(k),,f(k-1),x(k-1),其中f(k-1) 是状态转移矩阵。
2.更新阶段:在更新阶段,预测值与观测值进行比较,得到一个残差。
然后根据残差大小调整预测值,以得到更精确的状态估计值。
观测方程为:z(k),,h(k),x(k),,v(k),其中h(k) 是观测矩阵,v(k) 是观测噪声。
三、GPS 定位系统与卡尔曼滤波算法全球定位系统(GPS)是一种卫星导航系统,可以提供地球上的精确位置、速度和时间信息。
然而,由于信号传播过程中的多路径效应、大气层延迟等因素,GPS 接收机所测得的信号存在误差。
为了提高定位精度,可以采用卡尔曼滤波算法对GPS 接收机的测量数据进行处理。
四、卡尔曼滤波算法在GPS 定位系统中的应用在GPS 定位系统中,卡尔曼滤波算法主要应用于以下两个方面:1.对GPS 接收机测量的伪距进行平滑处理,消除多路径效应和大气层延迟等因素引起的误差,提高定位精度。
2.结合GPS 接收机测量的伪距和载波相位观测值,估计卫星钟差和接收机钟差,从而提高定位精度。
五、总结卡尔曼滤波算法是一种有效的状态估计方法,可以用于处理包含噪声的观测数据。
在GPS 定位系统中,卡尔曼滤波算法可以提高定位精度,消除多路径效应和大气层延迟等因素引起的误差。
基于非线性模型的卡尔曼滤波非均匀校正新算法
电
光 系
统
No. 4 De c.2 1 0l
Elcr n c a d El cr ・ p ia se e to i n e to o tc lSy tms
基 于 非线 性模 型 的 卡尔 曼 滤 波非 均 匀 校 正新 算 法
马东鸽 , 刘发萍 , 刘燕霞
重庆 邮电 大学通信 与信 息工程 学院 , 重庆 40 6 00 5 摘 要: 对 IF A 器件上探 测元 响应 呈现 的非 线性 以及 其 在 工程使 用 中 固定 图案 噪 声会 针 RP 发 生 漂移 的特 性 , 文章提 出一种基 于非 线性模 型 的 卡 尔曼滤 波非 均 匀校 正新 算 法 。该 算 法
Ke r s: n i e rM o e ;Kam a itrn y wo d No ln a d l l n F le ig;Ie a in P o e s;Esi to c r c trt rc s o tmai n Ac u a y
这 不仅 影响 了系 统 的 正 常 工 作 , 增 加 了系 统 的 还
探测 元组 成 , 每个 探 测 元 对输 入 的 温 度 辐射 的 响
应不 可能 完全 一 致 , 而 导 致 了 I F A 固有 的 非 从 RP
了探 测元 响应 特 性 漂 移 对 非 均 匀 性 的 影 响 , 服 克
了第一 类方 法 的缺 陷 , 目前 研 究 的重 点 。但 是 , 是 目前研 究 的基 于 场 景 的非 均 匀 校 正算 法 , 是 基 都
于探 测元线 性 响 应模 型推 导 出 的 , I F A成 像 在 RP
n n i e rmo e s p o s d Co a e t h r d to a l n f trn lo ih a d t e n r lKama o ln a d li rpo e . mp r d wih t e ta iin lKama le i g ag rt m n h o ma l n i i trn l o i fle ig ag rt m a e n n n i a d l h l o i m x a d d te r n e o n i e rn pp iai n a d h b sd o o l ne rmo e ,t e ag rt h e p n e h a g fe gn e ig a l to n c i o e h si t n a c r c n iea ie p o e s Th e sbi t n d a t g so e a g rt m r e i e mpr v d t e e tma i c u a y i tr t r c s . e fa i l ya d a v n a e ft lo ih ae v rf d o v i h i b x e i n t h e u t r s n e n t n lp r ft i a e . y e p rme twi t e r s lsp e e td i he f a ato h s p p r h i
卡尔曼滤波算法原理
卡尔曼滤波算法原理卡尔曼滤波(Kalman Filter)是一种用来估计系统状态的算法。
它基于对系统的数学模型和测量数据进行分析,通过使用贝叶斯统计推断来计算系统当前的最优状态估计。
卡尔曼滤波算法在控制系统、导航系统、机器人学、图像处理等领域有广泛的应用。
卡尔曼滤波算法的原理可以概括为以下几步:1. 系统建模:首先,需要建立系统的数学模型,包括系统的动态方程和观测方程。
动态方程描述了系统状态的演化规律,而观测方程则描述了系统状态与测量值之间的关系。
这些方程通常以线性高斯模型表示,即系统的状态和测量误差符合高斯分布。
2. 初始化:在开始使用卡尔曼滤波算法之前,需要对系统状态进行初始化。
这包括初始化系统状态的均值和协方差矩阵。
通常情况下,均值可以通过先验知识来估计,而协方差矩阵可以设置为一个较大的值,表示对系统状态的初始不确定性较大。
3. 预测:在每一次测量之前,需要对系统的状态进行预测。
预测过程基于系统的动态方程,将上一时刻的状态估计作为输入,得到当前时刻的状态的先验估计。
预测的结果是一个高斯分布,其均值和协方差矩阵表示了对当前状态估计的不确定性。
4. 测量更新:当获取了新的测量值时,需要将其与预测结果进行比较,以修正对系统状态的估计。
测量更新过程基于系统的观测方程,将预测的状态估计与实际的测量值进行比较,得到对系统状态的最优估计。
测量更新的结果也是一个高斯分布,其均值和协方差矩阵表示了对当前状态估计的不确定性。
5. 迭代:在每一次测量更新之后,会得到对系统状态的最优估计。
然后,可以根据当前估计的状态再次进行预测,并等待下一次的测量更新。
这样,通过不断地迭代,卡尔曼滤波算法可以逐步提高对系统状态的估计精度。
卡尔曼滤波算法的核心思想是将动态方程和观测方程结合起来,使用贝叶斯推断的方法进行状态估计。
通过动态方程对系统进行预测,再通过观测方程修正预测结果,从而得到对系统状态的最优估计。
卡尔曼滤波算法在估计过程中考虑了对系统状态的不确定性,通过动态预测和测量更新不断修正对系统状态的估计结果,达到更准确的状态估计。
bms卡尔曼滤波算法
bms卡尔曼滤波算法BMS卡尔曼滤波算法是一种被广泛应用于估计和预测系统状态的算法。
它的名字源于其创始人R.E. Kalman,该算法通过融合测量数据和系统模型,能够提供准确的状态估计并去除数据中的噪声。
在现实生活中,我们经常面临需要估计系统状态的问题。
例如,在导航系统中,我们需要估计车辆的位置和速度;在飞行器中,我们需要估计飞机的姿态和位置;在机器人领域,我们需要估计机器人的位置和运动状态等。
这些问题都可以通过BMS卡尔曼滤波算法来解决。
BMS卡尔曼滤波算法的核心是通过将系统模型和测量数据进行融合,得到更加准确的状态估计。
具体来说,它基于“观测方程”和“状态方程”来实现状态估计。
观测方程描述了测量数据与真实状态之间的关系,状态方程描述了系统状态之间的演化规律。
BMS卡尔曼滤波算法的步骤如下:1. 初始化:设定系统的初始状态和协方差矩阵。
初始状态可以通过传感器测量得到,协方差矩阵表示状态估计的不确定性。
2. 预测:基于系统模型,通过状态方程预测系统的状态和协方差矩阵。
3. 更新:根据观测方程和测量数据,计算“卡尔曼增益”,用于权衡预测值和测量值的相对权重。
然后,通过加权平均的方式,更新状态和协方差矩阵。
4. 循环迭代:根据实时的测量数据,不断重复预测和更新的步骤,逐渐减小状态估计的不确定性,获得更加准确的系统状态。
BMS卡尔曼滤波算法的优点是能够有效地估计系统状态,并且具有较低的计算复杂度。
它通过综合考虑系统模型和测量数据的信息,能够在存在噪声和不确定性的情况下,提供准确的状态估计。
然而,BMS卡尔曼滤波算法也有一些限制。
首先,它要求系统的模型是线性的,并且假设系统的噪声服从高斯分布。
对于非线性系统和非高斯噪声,BMS卡尔曼滤波算法的效果可能会受到影响。
其次,算法的性能高度依赖于系统模型和观测方程的准确性,如果模型存在较大误差或者观测数据不准确,将会导致状态估计的不准确性。
在应用BMS卡尔曼滤波算法时,我们需要根据具体问题进行参数调整和模型设计。
卡尔曼滤波 金融时间序列-概述说明以及解释
卡尔曼滤波金融时间序列-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述在金融领域,时间序列分析是一种重要的方法,用于预测未来的价格走势、分析市场趋势以及评估风险。
然而,由于金融时间序列数据的特点,如噪声、非线性、非正态性等,传统的时间序列分析方法在处理金融数据时存在一定的局限性。
为了克服这些问题,卡尔曼滤波成为了一种常用的金融时间序列分析方法。
卡尔曼滤波是一种基于概率推断的方法,能够通过对先验知识和观测数据的不断更新,实现对金融时间序列进行准确估计和预测。
本文将介绍卡尔曼滤波的原理及其在金融时间序列中的应用。
首先,我们将讨论金融时间序列的特点,包括随机性、非线性和异方差性等。
接下来,我们将详细介绍卡尔曼滤波的原理,包括状态空间模型和观测方程。
然后,我们将探讨卡尔曼滤波在金融时间序列中的应用,包括金融市场的预测和风险评估。
最后,我们将总结卡尔曼滤波的优势和局限性,并提出未来研究的方向。
通过本文的阅读,读者将能够了解卡尔曼滤波在金融时间序列分析中的重要性和应用价值,以及如何利用卡尔曼滤波来提高金融预测的准确性和风险评估的可靠性。
同时,读者也将对卡尔曼滤波的优势和局限性有一个清晰的认识,为进一步研究和应用提供指导。
1.2 文章结构文章结构部分是对整篇文章的基本框架进行介绍,以帮助读者了解文章的主要内容和组织结构。
在本文中,文章结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分是对文章的背景和目的进行概述,旨在引起读者的兴趣并明确文章的研究方向。
本文的引言部分将通过介绍金融时间序列的重要性和复杂性,引出使用卡尔曼滤波进行金融时间序列分析的需求,并说明本文将重点探讨卡尔曼滤波在金融时间序列中的应用。
正文部分将详细介绍金融时间序列的特点以及卡尔曼滤波的原理。
首先,我们将分析金融时间序列的特点,包括非线性、非平稳、噪声干扰等,说明这些特点对金融数据分析和预测的挑战。
然后,我们将详细介绍卡尔曼滤波的原理,包括状态空间模型、观测方程和滤波算法等,以及卡尔曼滤波如何通过递推更新和利用观测数据对系统状态进行估计和预测。
改进的基于卡尔曼滤波的非均匀性校正算法
( . p r e tfO te crn n ier g HU T W  ̄ n4 0 7 , h a 1Deat n po l t iE gnei , S , u a 3 04 C i ; m o e oc n n 2 S h o o E gn eiga dTcn lg , hnh nU i ri , h n hn5 8 6 , hn ; . co lf n ier n n eh ooy S ez e nv st S e 2 e 10 0 C ia e y 3 Sh o o eh i l hsc, iinU i ri , 锄 7 0 7 , hn .c o lfTcnc P y i X da nv s a s e t y 10 1C ia) Abta t eer gt tee et fh o l er ep neo e cosi f e o a PaeAr y ( F A) nte s c:R fr n f c o en ni a so s f t tr nI r dF cl ln r s I P o r i oh t n r de na r a R h
改进 的基于卡 尔曼滤 波 的非均 匀性校正算法
简耀波 L ,阮双琛 2, 慧鑫 ,刘春平 2 2 周
( .华 中 科 技 大 学 光 电子 工 程 系 , 汉 4 0 7 ; 1 武 3 0 4
2 深圳大学 工程技术学院,深圳 5 8 6 ; . l00 3 .西安 电子科技大学 技 术物理学 院,西安 7 0 7 10 1)
非 均 匀性 校 正 性 能 的 问题 ,获 得 了较 好 的 非 均 匀性 校 正 效 果 。
卡尔曼滤波 详解
卡尔曼滤波详解卡尔曼滤波是一种常用于估计和预测系统状态的优秀滤波算法。
它于1960年代由R.E.卡尔曼提出,被广泛应用于飞机、导弹、航天器等领域,并逐渐在其他科学领域中得到应用。
卡尔曼滤波的基本思想是通过融合测量数据和系统模型的信息,对系统状态进行更准确的估计。
其核心原理是基于贝叶斯定理,将先验知识与观测数据相结合来更新系统状态的概率分布。
卡尔曼滤波算法包括两个主要步骤:更新和预测。
在更新步骤中,算法通过观测值来计算系统的状态估计。
在预测步骤中,算法使用系统的模型对下一个时间步长的状态进行预测。
通过反复进行这两个步骤,可以得到不断更新的状态估计结果。
卡尔曼滤波算法的关键是系统模型和观测模型的建立。
系统模型描述了系统状态的演化规律,通常用线性动态方程表示。
观测模型描述了观测值与系统状态之间的关系,也通常用线性方程表示。
当系统模型和观测模型都是线性的,并且系统噪声和观测噪声都是高斯分布时,卡尔曼滤波算法能够得到最优的状态估计。
卡尔曼滤波的优点在于,在给定模型和测量信息的情况下,它能够最小化误差,并提供最佳的状态估计。
此外,卡尔曼滤波算法还具有递归、高效、低存储等特点,使其在实时应用中具有广泛的应用前景。
然而,卡尔曼滤波算法也有一些限制。
首先,它要求系统模型和观测模型能够准确地描述系统的动态特性。
如果模型存在误差或不完全符合实际情况,滤波结果可能会产生偏差。
其次,卡尔曼滤波算法适用于线性系统,对于非线性系统需要进行扩展,例如使用扩展卡尔曼滤波或无迹卡尔曼滤波。
另外,卡尔曼滤波算法还会受到噪声的影响。
如果系统的噪声比较大,滤波结果可能会失真。
此外,卡尔曼滤波算法对初始状态的选择也敏感,不同的初始状态可能会导致不同的滤波结果。
综上所述,卡尔曼滤波是一种高效、优秀的滤波算法,能够在给定模型和测量信息的情况下提供最优的状态估计。
然而,它也有一些局限性,需要充分考虑系统模型和观测模型的准确性、噪声的影响以及初始状态的选择。
卡尔曼滤波器原理详解
卡尔曼滤波器原理详解卡尔曼滤波器是一种用于估计系统状态的滤波算法,其原理基于状态空间模型和观测模型,并结合最小均方误差准则。
它通过使用系统动态方程和观测值,对系统的状态进行估计和预测,实现对噪声和偏差的最优抑制,从而提高状态估计的精度和稳定性。
1.预测步骤:预测步骤是基于系统的动态方程,利用上一时刻的状态估计和控制输入,预测系统的状态。
预测步骤中,通过状态转移矩阵A将上一时刻的状态估计值x(k-1)预测到当前时刻的状态估计值的先验估计值x'(k):x'(k)=A*x(k-1)+B*u(k-1)其中,x(k-1)为上一时刻的状态估计值,u(k-1)为控制输入。
预测步骤还要对状态估计值的协方差矩阵P(k-1)进行更新,通过状态转移矩阵A和系统的过程噪声协方差矩阵Q的关系:P'(k)=A*P(k-1)*A'+Q2.更新步骤:更新步骤是基于观测模型,利用当前时刻的观测值和预测的状态估计值,对状态进行校正和更新。
更新步骤中,首先计算观测残差z(k):z(k)=y(k)-H*x'(k)其中,y(k)为当前时刻的观测值,H为观测模型矩阵。
然后基于观测模型矩阵H、预测的状态估计值x'(k)和状态估计值的协方差矩阵P'(k),计算卡尔曼增益K(k):K(k)=P'(k)*H'*(H*P'(k)*H'+R)^(-1)其中,R为观测噪声协方差矩阵。
最后,利用卡尔曼增益对状态估计值进行校正和更新:x(k)=x'(k)+K(k)*z(k)更新步骤还要对状态估计值的协方差矩阵P'(k)进行更新,通过卡尔曼增益K(k)和观测噪声协方差矩阵R的关系:P(k)=(I-K(k)*H)*P'(k)其中,I为单位矩阵。
卡尔曼滤波器的主要优点在于可以根据系统的动态方程和观测模型进行状态估计,对于动态系统和噪声的建模具有一定的灵活性。
ckf公式
CKF(Cubature Kalman Filter)是一种基于卡尔曼滤波器的状态估计算法,它通过对非线性系统进行线性化来提高卡尔曼滤波器的性能。
下面我们将详细介绍CKF算法的数学原理及应用。
一、卡尔曼滤波器卡尔曼滤波器是一种用于估计系统状态的算法,其主要思想是利用系统的观测值和控制量来对系统状态进行预测和更新。
卡尔曼滤波器主要由两个步骤组成:预测和更新。
预测步骤中,根据系统的动态模型和控制量,预测系统的状态,并计算出状态的协方差矩阵。
更新步骤中,根据观测量和预测值计算出卡尔曼增益,并用其来更新预测值和协方差矩阵。
二、CKF算法CKF算法是一种基于卡尔曼滤波器的非线性系统状态估计算法。
CKF算法通过对非线性系统进行线性化来提高卡尔曼滤波器的性能。
CKF算法采用多维高斯积分来对非线性函数进行近似,从而将非线性系统线性化。
CKF算法的数学原理如下:1. 卡尔曼滤波器模型假设系统状态为$x_k$,控制量为$u_k$,观测值为$z_k$。
则卡尔曼滤波器模型可以表示为:预测:$$\hat{x}_{k} = f(\hat{x}_{k-1},u_{k-1})$$$$P_{k} = F_{k-1} P_{k-1} F_{k-1}^T + Q_{k-1}$$更新:$$K_k = P_k H_k^T(H_k P_k H_k^T + R_k)^{-1}$$$$\hat{x}_k = \hat{x}_k + K_k(z_k - H_k \hat{x}_k)$$ $$P_k = (I - K_k H_k)P_k(I - K_k H_k)^T + K_k R_k K_k^T$$其中$f$为系统的动态模型,$F_{k-1}$为状态转移矩阵,$Q_{k-1}$为过程噪声协方差矩阵,$H_k$为观测矩阵,$R_k$为观测噪声协方差矩阵,$K_k$为卡尔曼增益,$\hat{x}_k$为估计值,$P_k$为估计协方差矩阵。
2. CKF算法CKF算法中,首先需要对非线性函数进行线性化,将非线性函数转化为多维高斯分布函数。
卡尔曼滤波算法示例解析与公式推导
本文将对卡尔曼滤波算法进行示例解析与公式推导,帮助读者更好地理解该算法的原理和应用。
文章将从以下几个方面展开:一、卡尔曼滤波算法的概念卡尔曼滤波算法是一种用于估计动态系统状态的线性无偏最优滤波算法。
它利用系统的动态模型和观测数据,通过迭代更新状态估计值,实现对系统状态的精确估计。
卡尔曼滤波算法最初是由美国工程师鲁道夫·卡尔曼在20世纪60年代提出,随后得到了广泛的应用和研究。
二、卡尔曼滤波算法的原理1. 状态空间模型在卡尔曼滤波算法中,系统的动态模型通常用状态空间模型表示。
状态空间模型由状态方程和观测方程组成,其中状态方程描述系统的演化规律,观测方程描述观测数据与状态之间的关系。
通过状态空间模型,可以对系统的状态进行预测,并与观测数据进行融合,从而估计系统的状态。
2. 卡尔曼滤波的预测与更新卡尔曼滤波算法以预测-更新的方式进行状态估计。
在预测阶段,利用系统的动态模型和之前时刻的状态估计值,对当前时刻的状态进行预测;在更新阶段,将预测值与观测数据进行融合,得到最优的状态估计值。
通过迭代更新,可以不断优化对系统状态的估计,实现对系统状态的精确跟踪。
三、卡尔曼滤波算法的示例解析以下通过一个简单的例子,对卡尔曼滤波算法进行具体的示例解析,帮助读者更好地理解该算法的应用过程。
假设有一个匀速直线运动的物体,其位置由x和y坐标表示,观测到的位置数据带有高斯噪声。
我们希望利用卡尔曼滤波算法对该物体的位置进行估计。
1. 状态空间模型的建立我们建立物体位置的状态空间模型。
假设物体在x和y方向上的位置分别由状态变量x和y表示,动态模型可以用如下状态方程描述:x(k+1) = x(k) + vx(k) * dty(k+1) = y(k) + vy(k) * dt其中,vx和vy分别为x和y方向的速度,dt表示时间间隔。
观测方程可以用如下形式表示:z(k) = H * x(k) + w(k)其中,z(k)为观测到的位置数据,H为观测矩阵,w(k)为观测噪声。
卡尔曼滤波处理非平稳信号
卡尔曼滤波处理非平稳信号卡尔曼滤波是一种常用的信号处理方法,用于估计和预测非平稳信号。
在实际应用中,我们经常会遇到信号包含噪声或其他干扰的情况,这就需要我们通过合适的滤波方法来提取有用的信息。
卡尔曼滤波是一种递归滤波算法,通过不断更新估计和协方差矩阵来减小估计误差,从而实现对非平稳信号的处理。
我们需要了解什么是非平稳信号。
非平稳信号是指在时间上具有明显变化的信号,例如心电图信号、股票价格等。
由于这些信号的特点是包含了各种噪声和干扰,我们无法直接从中获取有用的信息。
因此,我们需要使用卡尔曼滤波来处理这些非平稳信号。
卡尔曼滤波的基本原理是通过对信号的观测值进行估计和预测,并根据观测值与实际值之间的差异来修正估计值。
这个过程可以看作是一个反馈控制系统,不断根据新的观测值来更新估计值,从而逼近真实值。
卡尔曼滤波的核心思想是结合观测值和系统模型来进行估计。
观测值是指我们通过传感器或其他手段获取到的信号值,而系统模型则是对信号的演化规律进行建模。
通过将观测值与系统模型进行融合,我们可以得到一个更加准确的信号估计值。
在卡尔曼滤波中,我们需要定义两个重要的矩阵:状态转移矩阵和观测矩阵。
状态转移矩阵描述了信号的演化规律,而观测矩阵描述了观测值与信号之间的关系。
通过这两个矩阵,我们可以建立一个系统模型,用来对信号进行估计和预测。
卡尔曼滤波的核心步骤包括预测和更新。
在预测步骤中,我们利用系统模型对信号进行预测,得到一个初始的估计值。
在更新步骤中,我们根据观测值和预测值之间的差异,通过卡尔曼增益来修正估计值。
通过不断迭代这两个步骤,我们可以逐渐减小估计误差,从而得到一个更加准确的信号估计值。
卡尔曼滤波在实际应用中具有广泛的应用,例如航天、导航、无线通信等领域。
在这些领域中,我们常常需要对非平稳信号进行处理,以提取有用的信息。
卡尔曼滤波通过其高效的算法和良好的性能,成为了处理非平稳信号的重要工具。
总结一下,卡尔曼滤波是一种用于处理非平稳信号的有效方法。
基于多项式卡尔曼滤波的船舶轨迹预测算法
基于多项式卡尔曼滤波的船舶轨迹预测算法姜佰辰;关键;周伟;陈小龙【摘要】考虑到在船舶航行的实际过程中,船舶自动识别系统(AIS)设备提供的船舶运动点迹往往呈现出信息缺失、非线性、多机动的问题,导致利用AIS设备辅助海上指挥系统难以准确判断船舶位置.针对以上问题,本文在传统卡尔曼滤波理论的基础上构建多项式卡尔曼滤波器拟合非线性系统,补偿航迹定位数据信息缺失、更新较慢等问题,并基于经纬度信息预测船舶运动轨迹.结果表明,该方法实现简单且收敛迅速,能够有效解决实际过程中船舶轨迹的预测问题,满足基本的实效性与准确性,能够为相关海事部门预测船舶目的、行为提供较为可靠的辅助手段.【期刊名称】《信号处理》【年(卷),期】2019(035)005【总页数】6页(P741-746)【关键词】船舶自动识别系统;多项式分布;卡尔曼滤波;航迹预测【作者】姜佰辰;关键;周伟;陈小龙【作者单位】海军航空大学研究生管理大队,山东烟台264001;海军航空大学,山东烟台264001;海军航空大学,山东烟台264001;海军航空大学,山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】TP3911 引言随着船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)在全球范围内的普及和应用,海事主管机关及相关行业部门能够通过AIS数据准确的获取船舶位置、轨迹,并对船舶行为进行监视[1]。
正常情况下,B类动态AIS数据信息上报的时间间隔通常为30 s[2],但是在实际过程中由于AIS设备的信息发送不及时、人为等不可靠因素,导致无法准确的判断船舶位置[3]。
为解决船舶数据的完整性、连续性及精度等问题,基于AIS数据完整性地估计船舶航行轨迹成为目前亟待解决的难点之一[4]。
目前国内外针对运动轨迹预测的研究已经取得了系列的研究成果。
Jaskolsk[5]等人通过离线时间序列轨迹数据预测船舶线性轨迹运动,在部分轨迹缺少传输链路的情况下提高轨迹质量。
卡尔曼滤波入门、简介及其算法MATLAB实现代码
卡尔曼滤波入门:卡尔曼滤波是用来进行数据滤波用的,就是把含噪声的数据进行处理之后得出相对真值。
卡尔曼滤波也可进行系统辨识。
卡尔曼滤波是一种基于统计学理论的算法,可以用来对含噪声数据进行在线处理,对噪声有特殊要求,也可以通过状态变量的增广形式实现系统辨识。
用上一个状态和当前状态的测量值来估计当前状态,这是因为上一个状态估计此时状态时会有误差,而测量的当前状态时也有一个测量误差,所以要根据这两个误差重新估计一个最接近真实状态的值。
信号处理的实际问题,常常是要解决在噪声中提取信号的问题,因此,我们需要寻找一种所谓有最佳线性过滤特性的滤波器。
这种滤波器当信号与噪声同时输入时,在输出端能将信号尽可能精确地重现出来,而噪声却受到最大抑制。
维纳(Wiener)滤波与卡尔曼(Kalman)滤波就是用来解决这样一类从噪声中提取信号问题的一种过滤(或滤波)方法。
(1)过滤或滤波 - 从当前的和过去的观察值x(n),x(n-1),x(n-2),…估计当前的信号值称为过滤或滤波;(2)预测或外推 - 从过去的观察值,估计当前的或将来的信号值称为预测或外推; (3)平滑或内插 - 从过去的观察值,估计过去的信号值称为平滑或内插;因此,维纳过滤与卡尔曼过滤又常常被称为最佳线性过滤与预测或线性最优估计。
这里所谓“最佳”与“最优”是以最小均方误差为准则的。
维纳过滤与卡尔曼过滤都是解决最佳线性过滤和预测问题,并且都是以均方误差最小为准则的。
因此在平稳条件下,它们所得到的稳态结果是一致的。
然而,它们解决的方法有很大区别。
维纳过滤是根据全部过去的和当前的观察数据来估计信号的当前值,它的解是以均方误差最小条件下所得到的系统的传递函数H(z)或单位样本响应h(n)的形式给出的,因此更常称这种系统为最佳线性过滤器或滤波器。
而卡尔曼过滤是用前一个估计值和最近一个观察数据(它不需要全部过去的观察数据)来估计信号的当前值,它是用状态方程和递推的方法进行估计的,它的解是以估计值(常常是状态变量值)形式给出的。
第五讲:卡尔曼滤波
第五讲:卡尔曼滤波
11
二、Kalman滤波
20.01.2021
第五讲:卡尔曼滤波
12
2.1 卡尔曼滤波方程
目 录 1. 离散系统的数学描述
设离散化后的系统状态方程和量测方程分别为:
概述 标准 KF 扩展 KF
Xk
X k,k 1 k 1
k 1Wk 1
Zk Hk Xk Vk
Schmidt KF
自适应 KF 平滑算法
标准卡尔曼滤波的线性假设在标准的卡尔曼滤波中观测模型假设为线性z是x的线性函数但实际情况往往并非如此如gnss导航滤波器中观测模型是强非线性的在标准卡尔曼滤波中系统模型也被假设为线性的x的时间导数是x的线性函数问题
卡尔曼滤波算法及应用
第五讲:卡尔曼滤波
目录
一. 概述
二. 标准卡尔曼滤波
卡尔曼滤波方程
滤波器估值的
以模某型种一导般航系都是线主导性要航的部参分数即误是差
统输出导航参
的估值
数的误差为主
要状态
24
目 录 2. 开环卡尔曼滤波
概述 标准 KF
用导航参数误差的估值 Xˆ去校正系统输出的导航参数,得到综 合导航系统的导航参数估值 Xˆ
扩展 KF Schmidt KF 自适应 KF 平滑算法
惯性系统 其他导航系统
描述了观测向量与状态向量间的函数关系。
第五讲:卡尔曼滤波
9
目录 概述
标准 KF 扩展 KF Schmidt KF 自适应 KF
1组观测向量
是一组针对同一时刻的系统特性的测量值,例如观测量可以包括GNSS系 统的位置测量值,或者INS与GNSS位置结果的差值。
1个算法:
卡尔曼滤波算法 使用观测向量、观测模型和系统模型来获得状态向量的最优估计,分为系
基于卡尔曼滤波修正算法的电池SOC估算
基于卡尔曼滤波修正算法的电池SOC估算毛华夫;万国春;汪镭;张谦【摘要】电池荷电状态(SOC)的估算是电池管理系统的核心内容,SOC估算准确与否,将直接影响到电池管理系统的决策和控制.在结合开路电压法、安时法的基础上,充分利用扩展卡尔曼滤波法的修正功能,综合考虑电池充放电倍率、温度和充放电循环次数等因素对SOC估算的影响,提出了卡尔曼滤波修正算法,并将其应用在插电式混合动力汽车电池管理系统中.研究结果表明,卡尔曼滤波修正算法有效地解决了传统安时法无法估计SOC初值和误差累积,以及开路电压法需要电池静置无法做到在线估算SOC等问题,获得了更高的估算精度,为电池管理系统提供一种实用的SOC估算方案.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2014(038)002【总页数】5页(P298-302)【关键词】SOC;卡尔曼滤波修正算法;扩展卡尔曼滤波算法;电池管理系统【作者】毛华夫;万国春;汪镭;张谦【作者单位】同济大学控制科学与工程系,上海201804;同济大学电子科学与技术系,上海201804;同济大学控制科学与工程系,上海201804;上海应用技术学院电气与电子工程学院,上海201418【正文语种】中文【中图分类】TM63电池管理系统(BMS)在混合动力汽车中负责直接监控和管理电池运行的全过程。
电池荷电状态()描述的是电池的剩余容量,是混合动力汽车电池管理系统中最重要的参数[1]。
由图1电池管理系统基本架构可见,准确的估算,将直接影响到电池管理系统的决策和控制。
同时,电池作为电池充放电判断的标准,可以防止电池过充放电,对电池具有保护作用,从而可以延长电池的使用寿命。
目前常用的估算方法有:开路电压法、安时法、内阻法、卡尔曼滤波法以及一些智能计算方法。
单独使用某一种估算方法,或多或少,都会存在一定的缺陷,本文首先分析了估算的影响因素,建立动态观测模型,然后根据了扩展卡尔曼滤波法的原理,结合开路电压法、安时法和扩展卡尔曼滤波法,提出了卡尔曼滤波修正算法,最后通过实验验证算法的可行性和精度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第34卷增刊JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Vol.34 Sup.基于分段线性模型的卡尔曼滤波非均匀校正算法秦翰林1,周慧鑫1,刘上乾1,简耀波23,(1. 西安电子科技大学 技术物理学院,陕西 西安 710071;2. 华中科技大学 电子工程系,湖北 武汉 430074;3. 深圳大学 工程技术学院,广东 深圳 518060)摘要:为了降低探测器响应的漂移以及非线性对非均匀性校正的影响,提出了一种基于分段线性模型的卡尔曼滤波红外焦平面阵列非均匀性校正算法。
该算法引入探测器响应曲线的分段线性模型,对基于卡尔曼滤波器的红外焦平面非均匀性校正算法进行了扩展和改进,不仅能减小探测器的偏置和增益随时间漂移对校正的影响,而且还能消除探测器响应非线性对非均匀性校正性能的影响。
一组利用真实红外图像序列进行的实验验证了该算法可获得较好的校正性能。
关键词:非均匀校正;卡尔曼滤波;非线性模型;红外焦平面阵列中图分类号:TN21 文献标识码:A 文章编号:1001-2400(2007)S1-0168-05Nonuniformity correction algorithm based on the Kalman-filter witha piecewise model for infrared image sequencesQIN Han-lin1, ZHOU Hui-Xin1, LIU Shang-qian1, JIAN Yao-bo2,3(1 School of Technical Physics, Xidian University, Xi'an 710071, China;2 Institute of Optoelectronics Science and Engineering, HUST, Wu'han 430074, China;3 School of Engineer and Technology, ShenZhen University, Shenzhen 518060, China)Abstract:To reduce the effect that the detector nonlinear response imposes on the nonuniformity correction, anonuniformity correction algorithm based on the Kalman-filter with a piecewise model is presented. This paperintroduces a piecewise linear model of a detector response curve. And the Kalman-filter based nonuniformitycorrection algorithm is improved, which adapts to infrared focal plane arrays with nonlinearity of the responsecharacteristic. Compared with the original algorithm, it can solve not only the problems of detector offset andgain drift with time, but also the influence of the detector nonlinear response to the nonuniformity correctionperformance to some extent. Therefore it achieves a better effect of the nonuniformity correction than the originalalgorithm. The nonuniformity correction capability of the improved algorithm is validated with real infraredimage sequences.Key word: nonuniformity correction; Kalman filter; nonlinear model; infrared focal plane arrays At present, the infrared imaging system is more and more utilized in military and civil applications. Over those available infrared imaging system, the infrared focal plane arrays (IRFPA) imaging system, which has many advantages, such as compact-structure and high-sensitivity, is paid more and more attention to. It is well known that response nonuniformity in IRFPA can markedly degrade the quality of infrared images. It results in a fixed pattern noise superimposed on the true image, and this deteriorates the temperature and spatial resolutions of the IRFPA imaging systems seriously. So a corresponding nonuniformity correction (NUC) technology must be employed in nearly all IRFPA imaging systems applied for engineering[1,2] .Since the 1980’s, numerous nonuniformity correction techniques have been developed, which can fall into two main types. In the first type of NUC algorithm, such as two-point or multi-point correction techniques [1-3], the known blackbody calibration-source is necessary. Although these techniques have a high correcting accuracy, they can not effectively eliminate the drift of IRFPA’s response[1-3]. The other group of NUC techniques is scene-based algorithms which rely on signal processing to remove the nonuniformity noise, such as constant-statistical algorithm[4], neural-network algorithm[5], temporal high-pass filter technique[6], Kalman filter algorithm[7,8], etc. Scene-based NUC techniques are more desirable than the traditional calibration-based NUC techniques in many IRFPA imaging applications since they do not require a blackbody calibration-source and do not interrupt the normal operation of the IRFPA camera. In recent years, special attention has been paid to developing scene-based techniques ——————————————投稿日期:2007-06-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(60377034)作者简介:秦翰林(1982-),男,西安电子科技大学博士研究生in NUC.Special relevance to the NUC algorithm developed in this paper is the method developed by Torres and Hayat, which employs a Gauss-Markov model for the NUC parameters as a means to capture the drift in the nonuniformity. Their technique utilizes such a dynamical model to estimate the gain and bias of each detector in the IRFPA from an imaging sequence using a Kalman-filter. The NUC method based on the Kalman-filter is deducted under the linear region of the detector response [7,8]. However, in practice when the dynamic range of a detector is wide, the non-linearity is more notable, and then the nonuniformity correction performance will be degraded markedly.In this paper, the above-mentioned NUC algorithm based on the Kalman-filter is extended and improved by utilizing a piecewise linear model of detector response. It can overcome effectively the influence of the nonlinear response of the IRFPA detector on the NUC accuracy. Experimental results have shown that the improved algorithm achieves a better effect of NUC in resolving detector’s offset and gain drift with time, and nonlinear effect on it. 1 Nonuniformity correction algorithm based on the Kalman filterTorres and Hayat have proposed the NUC algorithm of IRFPA based on Kalman-Filtering. The algorithm assumes that the response characteristic of each detector in the IRFPA is linear. For the (i , j )th detector in the IRFPA at time n, the read-out signal is given by the approximate linear relation)(n Y ij )()()()()(n V n O n T n G n Y ij ij ij ij ij ++=, (1)where and are the gain and the offset of the (i , j )th detector at time n , respectively, and is the average irradiance collected by the detector during the integration time of the IRFPA camera associated with the n -th frame. The represents the additive electronic noise associated with the (i , j )th detector at time n . The subscript ij will be omitted for sententiousness, because all operations are performed pixel-by-pixel.)(n G ij )(n O ij )(n T ij )(n V ij The algorithm represents the gain and offset of each detector in a given frame with two state variables. In addition, due to the slow random variation of the gain and offset from block to block, the state variables are modeled by a Gauss-Markov process. It is assumed that the gain and the offset are constant in a given block of frames. In particular, they considered disjoint blocks of frames and assumed that drift in the gain and bias occurs only between blocks. Mathematically, the Gauss-Markov state e uation is gi en by q v k k k k k W G X X G G G +Φ=+1, (2)where 1+k X K = is the state vector at the k -th video-time. ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++11k k O G k Φ =, is the transition diagonal matrix between the states at k -1 and k , a ⎥⎦⎤⎢⎣⎡k k b a 00k and b k represent the level of drift in the gain and bias between consecutive videos, respectively. The variable () is chosen according to the magnitude of drift between the gain (offset) at time kand the gain (offset) at time k +1. = is an identity matrix that randomly relates the driving noise vector W k a k b k G ⎥⎦⎤⎢⎣⎡1001k to the state vector X k . =, and are the driving noise for the gain process and the offsetprocess, respectively.k W ⎥⎦⎤⎢⎣⎡)2()1(k k W W )1(k W )2(k W The observation model for the detector response is given byk k k k V X H Y G G G +=, (3) where is the observation vector at the k -th block. The length of the observation vector of the k -th block is . = is the observation matrix at the k -th block. k Y G k A k H ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡111k l k kφφ##k V G = is the vector of independent, additive temporal noise elements in the k -th block. The main assumption in the observation model (3) is that the input irradiance values ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡k l k k V V #1k φ in the k -th block of frames is an independent sequence of uniformly-distributed random variables in the range [фmin k , фmax k ]. In particular, the range includes all possible radiation levels before the detectorbecomes saturated and is common to all the detectors in each block of frames. From the initial system state has a known mean:0X G []000ˆX X E X ==G . (4) And a known covariance matrix: T 0000()()0E X X X X ⎡Λ=−−=⎣P ⎤⎦G G . (5)Initially, the algorithm set the predictor of the state −1ˆX 1X G to10ˆX Φ−=0X . (6) This completes the required initial conditions for the Kalman-filter. We now introduce the subsequent estimates.For k ≥1, the state estimates based on observations k X ˆk Y Y G "G ,,11ˆ are obtained by the recursive process describedby the following equations: 1ˆk k k X X Φ−−−= , (7)T 11111k k k k k k k P P G Q G ΦΦ−T 1−−−−−−=+ , (8)T T (k k k k k k k K P H H P H R 1)−−=−+ , (9))ˆ(ˆˆ−−−+=kk k k k k X H Y K X X G , (10) −−=k k k k P H K I P )( , (11) where k H is the mean of the observation matrix at time k .In this model, the offset and the gain of each detector in the IRFPA can be estimated by an optimized recursion algorithm of a Kalman-filter. When a new frame block is coming, the filter makes use of the current scene information to refresh the old estimation value of the detector gain and offset. Once the gain and offset of the detector are estimated, the NUC of the image can be accomplished by subtracting the corresponding offset from the output of every detector unit, and divided by the corresponding gain.2 Improved algorithm based piecewise modelIn the above Torres’s algorithm, it is assumed that the response of the infrared detector is linear. In fact, the response is nonlinear. In practical applications where the wide dynamic range occurs, the infrared detector element will operate in a wide dynamic response range and so that the nonlinearity of detectors will become notable. If a linear model is still utilized in the algorithm, the nonlinearity will induce a large error in NUC. So a piecewise linear model is put forward in this paper.In the improved algorithm, the response curve of the detector element is divided into several segments reasonably. In each segment, the response curve is approximated by a linear model. Then we will apply the above-mentioned NUC algorithm based on the linear Kalman-Filter in each segment. The program is as follows:123(S 1+m response curve ofthe detector piecewise linear approximation linear approximationFig. 1 The piecewise linear model of the detector response in IRFPA(1) In the dynamic range of detector response, we divide the detector response curve into m segments by usingm +1 partition-point 1φ、2φ…1+m φ(1φ<2φ<…<1+m φ), as shown in Fig. 1. In each segment, the detector responsecan be approximated by the linear model.(2) Measure and store the response output )(,p j i S φ of each element in IRFPA at different partition-points. (3) Calculate the mean matrix of the observation matrix k H .According to the assumption of the NUC algorithm based on the Kalman-filter in a linear model, to the random n -th observation, the received radiation )(n φ is a random variable with uniform distribution in the range[,] that includes all possible radiation levels before the detector becomes saturated. The min k φmax k ϕk H ismin max min max (,2)()/21 ,()/21k k k k k k l H φφφφ⎡⎤+⎢=⎢⎢⎥+⎣⎦##⎥⎥ (12)However, in the piecewise model, for the illumination φ in the section [p φ,1+p φ], the k H is11(,2)()/21 ()/21k p p k p p l H φφφφ++⎡⎤+⎢=⎢⎢⎥+⎣⎦##。