Un Filtro de Kalman Extendido Mejorado para el Seguimiento Radar de Trayectorias de Satélites
Autores: Coelho, Milca de Freitas; Bousson, Kouamana; Ahmed, Kawser
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Un Filtro de Kalman Extendido Mejorado para el Seguimiento Radar de Trayectorias de Satélites
Categoría
Procesos industriales
Subcategoría
Diseño de procesos industriales
Palabras clave
Problema de estimación de estado no lineal
Algoritmos de filtros de Kalman
Filtro de Kalman extendido
Limitaciones
Filtro de Kalman extendido mejorado
Mejora del rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 16
Citaciones: Sin citaciones
El problema de estimación de estado no lineal es un tema importante y complejo, especialmente para aplicaciones en tiempo real en un entorno altamente no lineal. Este escenario concierne a la mayoría de las aplicaciones aeroespaciales, incluidas las trayectorias de satélites, cuyos altos estándares exigen métodos con rendimientos equivalentes. Un marco muy conocido para abordar la estimación de estado son los algoritmos de Filtros de Kalman, cuyo éxito en aplicaciones de ingeniería se debe principalmente al Filtro de Kalman Extendido (EKF). A pesar de su popularidad, el EKF presenta varias limitaciones, como una mala convergencia, comportamientos erráticos o incluso una linealización inadecuada cuando se aplica a sistemas altamente no lineales. Para abordar esas limitaciones, este documento sugiere un Filtro de Kalman Extendido mejorado (iEKF), donde se recomienda un nuevo punto de expansión de la matriz Jacobiana y se sugiere una norma de Frobenius de la matriz de covarianza cruzada como un factor de corrección para las estimaciones a priori. La idea central es mantener la estructura y simplicidad del EKF, pero mejorar su precisión. En este documento, se presentan dos estudios de caso para respaldar el iEKF propuesto. En ambos estudios de caso, se implementan el EKF clásico y el iEKF, y se comparan los resultados obtenidos para mostrar la mejora en el rendimiento de la estimación de estado por parte del iEKF.
Descripción
El problema de estimación de estado no lineal es un tema importante y complejo, especialmente para aplicaciones en tiempo real en un entorno altamente no lineal. Este escenario concierne a la mayoría de las aplicaciones aeroespaciales, incluidas las trayectorias de satélites, cuyos altos estándares exigen métodos con rendimientos equivalentes. Un marco muy conocido para abordar la estimación de estado son los algoritmos de Filtros de Kalman, cuyo éxito en aplicaciones de ingeniería se debe principalmente al Filtro de Kalman Extendido (EKF). A pesar de su popularidad, el EKF presenta varias limitaciones, como una mala convergencia, comportamientos erráticos o incluso una linealización inadecuada cuando se aplica a sistemas altamente no lineales. Para abordar esas limitaciones, este documento sugiere un Filtro de Kalman Extendido mejorado (iEKF), donde se recomienda un nuevo punto de expansión de la matriz Jacobiana y se sugiere una norma de Frobenius de la matriz de covarianza cruzada como un factor de corrección para las estimaciones a priori. La idea central es mantener la estructura y simplicidad del EKF, pero mejorar su precisión. En este documento, se presentan dos estudios de caso para respaldar el iEKF propuesto. En ambos estudios de caso, se implementan el EKF clásico y el iEKF, y se comparan los resultados obtenidos para mostrar la mejora en el rendimiento de la estimación de estado por parte del iEKF.