基于高斯和均方根容积卡尔曼滤波的姿态角辅助目标跟踪算法

根据目标2维运动速度与姿态角的关系,该文提出一种姿态角辅助目标跟踪算法。在目标运动学基础上建立状态向量中包含姿态角的跟踪模型,实现姿态角对目标跟踪的辅助;针对基于模板匹配姿态角量测的噪声为非高斯情况,将均方根容积卡尔曼滤波引入到高斯和滤波框架下,提出新的高斯和均方根容积卡尔曼滤波算法,提高非线性非高斯处理能力,同时结合目标运动中姿态角的变化规律,建立姿态角分量不同的跟踪模型,通过模型切换实现机动姿态角的滤波。算法对姿态角量测进行滤波,同时实现了姿态角信息与位置信息的有效融合。仿真结果验证了该算法的有效性和正确性。     

高斯和高阶无迹卡尔曼滤波算法

为了提高非线性变换的近似精度,提出了一种高阶无迹变换（High order Unscented Transform,HUT）机制,利用HUT确定采样点并进行数值积分去近似状态的后验概率密度函数,建立了高阶无迹卡尔曼滤波（High-order Unscented Kalman Filter,HUKF）算法.进一步的为了解决非线性、非高斯系统的状态估计问题,将HUKF与高斯和滤波（Gaussian Sum Filter,GSF）相结合,提出了一种高斯和高阶无迹卡尔曼滤波算法（Gaussian Sum High order Unscented Kalman filter,GS-HUKF）,该算法的核心思想是利用一组高斯分布的和去近似状态的后验概率密度,同时针对每一个高斯分布采用高阶无迹卡尔曼滤波算法进行估计.数值仿真实验结果表明,提出的HUT机制与普通的无迹变换（Unscented Transform,UT）相比,具有更高的近似精度;提出的GS-HUKF与传统的GSF以及高斯和粒子滤波器（Gaussian Sum Particle Filter,GS-PF）相比,兼容了二者的优点,即具有计算复杂度低和估计精度高的特性.     

Robust Detectors for Signals in Non-Gaussian Noise

The robustness of suboptimal nonlinear detectors for known discrete-time signals in non-Gaussian noise is investigated. The measure of robustness used is the degradation of asymptotic relative efficiency (compared to a linear detector) from that achieved by an optimal nonlinear detector. The first order density of non-Gaussian noise is modeled as a mixture of a small variance Gaussian background noise pdf and a large variance impulsive pdf.     

稀疏网格平方根求积分非线性滤波器

针对具有加性噪声的非线性高斯动态系统的状态估计问题,本文提出一种新的基于稀疏网格法的平方根求积分滤波器(SSRQF),该滤波器通过稀疏网格取点来近似计算多维积分并进行平方根滤波.与常规QF的积分点数随着维数呈指数增长相比,该方法的积分点数随着维数呈多项式增长,减少了计算量;理论分析表明,无味卡尔曼滤波器(UKF)只是稀疏网格求积分滤波器(SQF)的一个特例,因此SSRQF在精度和取点上比UKF更为灵活.仿真实验表明,SSRQF的滤波精度均高于UKF和扩展卡尔曼滤波器(EKF),是一种效率较高的高精度非线性滤波算法.     

一种残差模糊匹配的非线性目标跟踪改进算法

为解决目标跟踪中因系统滤波初值不准确和噪声统计特性未知引起标准非线性卡尔曼算法估计误差变大问题,该文提出一种基于残差的模糊自适应(RTSFA)非线性目标跟踪算法。在确定采样型滤波基本框架的基础上,给出了在线性化误差约束条件下高斯权值的积分一般形式,并利用李雅普诺夫第二方法证明了该算法估计误差有界收敛的充分条件。进一步构建自适应噪声协方差矩阵在线估计噪声特性,并引入Takagi-Sugeno模型和量测椭球界限规则选择噪声估计器调节因子,有效提高了算法的收敛速度和滤波精度。通过滤波初值信息不明和量测噪声时变的纯方位目标跟踪模型,验证了非线性目标跟踪算法具有更好的跟踪精度和更强的鲁棒性。     

机动目标跟踪的新算法

机动目标通常不是做恒定的运动,其运动状态会随时间的变化而变化.这就使描述系统运动的状态方程是非线性的,而且系统参数会不断变化.传统的推广卡尔曼滤波适用于定系统定参数的情况,如果运用到机动目标跟踪上会导致误差增大甚至滤波发散.基于此,将强跟踪滤波运用到机动目标跟踪上.强跟踪滤波在卡尔曼滤波的基础上引入了多重渐消因子,使强跟踪滤波具有极强的跟踪能力和较好地鲁棒性,因此可以很好地解决变系统变参数的问题.通过仿真,将强跟踪滤波与UT-BLUE滤波方法和EKF滤波方法进行比较,结果表明了该滤波方法的有效性和优越性.     

基于CF-RSF算法的航天器姿态确定

针对复杂环境下航天器姿态确定系统中的模型和噪声不确定问题,提出一种基于求容积规则的风险敏感滤波(CF-RSF)的航天器姿态确定算法。该算法通过引入风险敏感算子来解决由于系统的不确定性而导致滤波器鲁棒性差,甚至发散的问题,并通过求容积规则来解决非线性积分问题。该方法不仅提高了滤波算法对系统不确定性问题的鲁棒性,而且一定程度上提高了滤波的精度,降低了滤波的计算复杂性。仿真结果表明了算法的有效性。     

EKF、UKF、PF目标跟踪性能的比较

雷达系统的非线性目标跟踪已被人们广泛重视。扩展卡尔曼滤波器（EKF）是将卡尔曼滤波器（KF）局部线性化，其算法简单、计算量小，适用于弱非线性、高斯环境下。不敏卡尔曼滤波器（UKF）是用一系列确定样本来逼近状态的后验概率密度，在高斯环境中，对任何非线性系统都有较好的跟踪性能。粒子滤波器（PF）是用随机样本来近似状态后验概率密度函数，适用于任何非线性非高斯系统。文中通过仿真实验，对三者的性能进行了仿真比较，结果证明在复杂的非高斯非线性环境中，粒子滤波器的性能明显优于另外两种滤波器，但计算复杂，耗时长。     

五阶容积卡尔曼滤波算法及其应用

容积卡尔曼滤波(CKF)是一种新型的非线性滤波方法,可获得优于扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)的滤波精度和滤波效率.但是,传统的CKF基于三阶容积准则而提出,因此滤波精度受到限制,为进一步提高CKF滤波性能,文中将容积准则由三阶扩展到五阶,采用两种不同容积点集选择方案,提出一种新型的五阶CKF算法.该算法可有效改善传统CKF在精度方面的理论局限,并有效改善一般五阶CKF计算量大的问题.机动目标跟踪仿真结果表明了新方法的有效性和可行性.     

复合K噪声下机动目标跟踪自适应UPF算法

针对复合K噪声下机动目标跟踪系统具有强非线性非高斯的特点,提出了一种自适应无迹粒子滤波(Adaptive Unscented Particle Filter,AUPF)算法.该算法建立在常加速模型及其改进滤波算法基础上,并将无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)与强跟踪滤波(Strong Tracking Filter,STF)算法相结合作为提议分布,提高了系统跟踪一般机动和阶跃机动的能力.在给出复合K噪声模型的基础上,利用AUPF算法对几种典型机动目标进行了计算机仿真,并同无迹粒子滤波(Unscented Particle Filter,UPF)算法进行了比较.仿真结果表明,复合K噪声下AUPF算法能更有效地对各种机动目标进行跟踪,具有较高的跟踪精度.     

一种针对拖尾噪声的鲁棒神经网络信号检测算法

与高斯噪声相比,拖尾有更多的异常值,利用传统的神经网络不能有效的检测信号。该文提出一种基于中值滤波的鲁棒神经网络进行处理,首先利用中值滤波抑制异常值,进一步利用BP (Back Propagation) 神经网络消除残留噪声,检测目标信号。基于误差分析的实验结果表明,与传统神经网络相比,所提出的方法不仅能更好地消除拖尾噪声,有效检测信号,而且能有效检测高斯噪声中的目标信号,具有很好的鲁棒性和自适应特性。     

基于衰减记忆高斯和滤波的星间精密测距技术

星间精密测距是导航星座实现自主导航的核心技术。针对导航星座中码测量值精度低但无整周模糊度,载波相位测量值精度高但存在整周模糊度的特点,该文根据贝叶斯递推原理提出了一种衰减记忆高斯和滤波(Fading Memory Gaussian Sum Filter, FMGSF)的伪距估计方法。该方法用高斯和形式近似表示系统后验概率密度,并根据卡尔曼滤波原理来更新高斯项的均值和方差,同时引入衰减记忆因子克服由于模型失配导致的滤波结果发散问题,利用重采样解决由于载波相位测量值不确定导致的算法复杂度增加问题。理论分析和仿真结果表明,该文提出的方法不仅能够克服周跳对伪距估计的影响,而且可以获得更好的测距精度。     

A New Sequential Block Partial Update Normalized Least Mean M-Estimate Algorithm and its Convergence Performance Analysis

This paper proposes a new sequential block partial update normalized least mean square (SBP-NLMS) algorithm and its nonlinear extension, the SBP-normalized least mean M-estimate (SBP–NLMM) algorithm, for adaptive filtering. These algorithms both utilize the sequential partial update strategy as in the sequential least mean square (S–LMS) algorithm to reduce the computational complexity. Particularly, the SBP–NLMM algorithm minimizes the M-estimate function for improved robustness to impulsive outliers over the SBP–NLMS algorithm. The convergence behaviors of these two algorithms under Gaussian inputs and Gaussian and contaminated Gaussian (CG) noises are analyzed and new analytical expressions describing the mean and mean square convergence behaviors are derived. The robustness of the proposed SBP–NLMM algorithm to impulsive noise and the accuracy of the performance analysis are verified by computer simulations.     

非高斯噪声情况下多平台机动目标被动跟踪新方法

针对仅有角度测量信息条件下,被动传感器融合目标跟踪问题,提出了扩维UKF滤波算法;并对经典IMM进行改进提出变维IMM算法,利用不同维数模型之间的交互式融合解决对机动目标的跟踪问题;进一步考虑实际情况中往往存在的测量噪声为非高斯情况,引入自适应滤波方法。最终提出变维交互式多模型自适应抗差扩维无迹滤波方法（VDIMM-AAUKF）,成功实现了被动多传感器在高斯和非高斯噪声情况下对机动目标跟踪。仿真实验结果表明该算法跟踪精度高、稳定性好,具有较好的实际应用价值。     

粒子滤波在目标跟踪算法中的应用研究

针对非高斯、强噪声背景下的高机动目标实施跟踪时,卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等算法将出现滤波精度下降甚至发散现象。粒子滤波方法作为一种基于贝叶斯估计的非线性滤波算法,在处理非高斯非线性时变系统的参数估计和状态滤波问题方面有独到的优势。以目标跟踪问题为背景,将粒子滤波与卡尔曼滤波算法进行了对比研究。     

Iterative multiuser detection for turbo-coded synchronous CDMA inGaussian and non-Gaussian impulsive noise

We develop an iterative multiuser receiver for decoding turbo-coded synchronous code-division multiple-access signals in both Gaussian and non-Gaussian noise. A soft-input soft-output nonlinear multiuser detector is combined with a set of single-user channel decoders in an iterative detection/decoding structure. The nonlinear multiuser detector utilizes the prior probabilities of each user's bits to form soft estimates used for multiple-access interference cancellation. The channel decoders perform turbo-code decoding and produce posterior probabilities which are fed back to the multiuser detector for use as prior probabilities. Simulation results show that the proposed multiuser receiver performs well in both Gaussian and non-Gaussian noise. In particular, single-user turbo-code performance can be approached within a few iterations with medium to low cross correlation (ρ⩽0.5)     

Maximum likelihood localization of sources in noise modeled as astable process

This paper introduces a new class of robust beamformers which perform optimally over a wide range of non-Gaussian additive noise environments. The maximum likelihood approach is used to estimate the bearing of multiple sources from a set of snapshots when the additive interference is impulsive in nature. The analysis is based on the assumption that the additive noise can be modeled as a complex symmetric α-stable (SαS) process. Transform-based approximations of the likelihood estimation are used for the general SαS class of distributions while the exact probability density function is used for the Cauchy case. It is shown that the Cauchy beamformer greatly outperforms the Gaussian beamformer in a wide variety of non-Gaussian noise environments, and performs comparably to the Gaussian beamformer when the additive noise is Gaussian. The Cramer-Rao bound for the estimation error variance is derived for the Cauchy case, and the robustness of the SαS beamformers in a wide range of impulsive interference environments is demonstrated via simulation experiments     

有色噪声下的不敏卡尔曼滤波器

有色噪声干扰情况下非线性系统的状态估计是许多实际工程需要解决的问题。通常的方法是利用扩展卡尔曼滤波方法将非线性系统线性化后,再利用线性系统的方法对有色噪声系统进行估计。然而,模型的线性化误差往往会严重影响最终的滤波精度,甚至导致滤波发散。为了避免此类误差,先通过对测量方程进行变换的方法,将观测方程的有色噪声转换为白噪声后,再利用不敏卡尔曼滤波方法,对系统的状态进行估计。虽然,该方法也需要对观测方程进行线性化,但是由于此线性化过程是在求解新量测方程的测量误差中进行,因此对系统的误差影响不是很大。仿真结果表明新方法能够有效地对有色噪声环境下系统的状态进行估计,性能要优于现有的一些基于EKF的方法。     

改进的交互式多模型粒子滤波跟踪算法

通常的交互多模型卡尔曼滤波(IMMKF)或交互多模型扩展卡尔曼滤波(IMMEKF)对于非高斯问题无能为力;对于非线性问题,其性能不及交互多模型粒子滤波算法(IMMPF)。粒子滤波能够处理非线性/非高斯问题,其与交互式多模型结合用来获得更好的跟踪性能。然而,粒子滤波的主要问题是巨大的计算量,由于粒子滤波通常采用大量的粒子数目,将带来很大的计算负荷。该文提出了一种改进的交互多模型粒子滤波算法,其利用多模型综合使用了卡尔曼滤波和粒子滤波,与常规交互式多模型粒子滤波(IMMPF)相比,大大改善了计算效率。对于非线性/非高斯问题,其性能与IMMPF相当;对于线性问题,其性能与IMMEKF相当,并优于IMMPF的性能。     

常用非线性滤波方法比较研究

几乎所有的现实系统都是非线性的,因而非线性估计问题显得尤为重要.通过分析3种常用的非线性滤波器:扩展卡尔曼滤波器、Unscented卡尔曼滤波器以及粒子滤波器的原理,确定其适用性.用单变量非平稳模型及再入目标跟踪模型,通过Monte-Carlo仿真计算估计的均方误差及时耗,进而对上述3种滤波器滤波精度、一致性以及运算量进行比较.