基于正则化的高斯粒子滤波算法

针对非线性系统的状态估计问题,提出一种改进的高斯粒子滤波算法。该算法是基于正则化粒子滤波(RPF),将重采样中离散的概率分布函数近似为连续分布,进而在高斯粒子滤波(GPF)中引入正则化粒子滤波算法得到的最新预测值,并利用这一观测值进行状态估计的更新。最后,对RGPF和GPF两种算法进行综合分析和实验仿真,结果表明,与标准GPF算法相比,RGPF具有较高的滤波精度。     

一种新的改进高斯粒子滤波算法及其在SINS/GPS 深组合导航系统中的应用

针对组合导航系统中出现的线性非线性混合滤波模型,提出一种新的混合高斯粒子滤波算法(MGPF).该滤波算法在状态更新过程中借鉴线性卡尔曼滤波思想直接更新状态量的高斯分布参数,而非逐个更新每个粒子,因此很人程度上减少了高斯粒子滤波算法(GPF)的计算量,同时滤波精度也有一定的提岛.建立了捷联惯性导航系统与全球卫星定位系统(...     

递推更新高斯粒子滤波器

传统高斯粒子滤波算法(Gaussian particle Filter,GPF)中,粒子的重要性密度函数是由高斯滤波器结合当前最新量测来构建的.由于传统高斯滤波器在量测更新阶段直接利用量测对状态进行线性更新,在某些条件下会导致所构建的重要性密度函数并不能很好地近似状态真实分布.为了解决这一问题,结合递推更新的思想,本文推导出了递推更新高斯滤波器(recursive update Gaussian filter,RUGF)的一般结构.并在此基础上,选用RUGF来构建粒子滤波的重要性密度函数,从而提出了基于递推更新的高斯粒子滤波算法(recursive update gaussian particle filter,RUGPF).仿真表明,在非线性系统状态估计问题中,递推更新可以很好的利用量测信息,相比于传统的GPF,本文所提出的RUGPF滤波算法可以提供更高精度的估计结果.     

强跟踪粒子滤波算法及其在故障预报中的应用

粒子退化和对突变状态的跟踪能力差是粒子滤波在故障预报应用中存在的主要问题. 再采样粒子滤波虽可缓解粒子退化, 但易导致样本贫化; 扩展粒子滤波也可在一定程度上解决退化问题, 但难以跟踪突变状态. 本文提出了强跟踪粒子滤波算法, 将强跟踪滤波引入粒子滤波更新粒子, 产生重要性密度, 缓解粒子退化和样本贫化问题, 提高跟踪突变状态的能力. 仿真结果显示该算法可行并能及时准确地预报系统故障.     

复杂运动状态的视频目标跟踪自适应切换算法

针对实际环境中运动目标的状态转移模型以及随机噪声分布存在的不确定性,提出了一种适用于复杂运动状态的视频目标跟踪算法。该算法同时结合了Kalman滤波(KF)实时性好的优点,以及粒子滤波(PF)能同时处理非线性、非高斯滤波问题的优点,通过对Kalman滤波性能进行分析,定义了评价滤波性能优劣的参数并作为判断条件,实现了不同运动状态下Kalman滤波和粒子滤波自适应切换。通过实验表明该方法在目标运动状态发生显著变化时仍能够实现稳定跟踪,同时具有较高的跟踪精度。     

粒子滤波在无线传感器网络目标跟踪中的应用

将粒子滤波（PF）算法应用于无线传感器网络（WSNS）的目标跟踪,并给出了粒子滤波实现的具体步骤。动态组织传感器网络节点成簇,实现了对网络中做匀速直线运动的单个目标的跟踪。分别采用扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）和PF算法进行了仿真试验。结果表明,在无线传感器网络目标跟踪领域,PF算法比EKF算法、UKF算法的滤波精度更高,性能更好,并且在实际应用中,由于该算法能够有效解决非线性、非高斯环境中的目标跟踪问题,实现简单而增强了可用性。     

基于Mean-Shift的卡尔曼粒子滤波车辆跟踪算法研究

在视频车辆跟踪算法中针对传统粒子滤波的非线性、非高斯性可能导致跟踪过程的不准确性,提出一种基于Mean-Shift的卡尔曼(Kalman)粒子滤波算法。该算法利用建立基于目标颜色直方图特征模型对视频车辆目标进行建模,并将其与Kalman滤波相结合进行更新;通过采用Mean Shift算法将Kalman滤波器引用到粒子滤波器当中,通过预测迭代,从而达到对车辆的运行轨迹的修正。将先验信息预测与粒子滤波相结合在保持跟踪系统整体上的非线性、非高斯性,兼顾了卡尔曼滤波局部的线性高斯特性。实验结果表明,该方法与传统粒子滤波方法相比,具有较好的实时性和较高的准确率,能够准确稳定地对目标车辆进行跟踪。     

改进粒子滤波的无线传感器网络目标跟踪算法

针对粒子滤波(PF)重采样后造成的粒子枯竭现象的问题,提出了一种基于改进重采样的粒子滤波无线传感器网络目标跟踪算法.该算法避免了残差重采样算法中的残留粒子重采样问题,减少了计算时间;通过产生新的粒子,增加了粒子的多样性,从而改善了粒子枯竭现象.仿真实验结果表明:改进重采样的粒子滤波算法提高了目标跟踪精度,降低了跟踪误差.     

确定性核粒子群的粒子滤波跟踪算法及其CRLB推导

针对运动声阵列在有色噪声环境中的非线性滤波跟踪问题,提出一种确定性核粒子群的粒子滤波算法.该算法通过确定性初始化核粒子集、确定性后验概率密度函数及粒子群与核粒子集更新方式来提高跟踪的精度,并推导出该算法的理论误差性能下界.与传统的粒子滤波算法相比,仿真结果表明了所提出算法的有效性和优越性.     

融合结构信息的粒子滤波均值偏移跟踪算法

粒子的退化现象是粒子滤波算法中不容忽视的问题,在算法实现过程中需要考虑如何权衡粒子数和实时跟踪.提出一种结合粒子滤波和均值偏移2种算法的改进跟踪算法,只需要4个采样粒子,4个粒子通过均值偏移的方法收敛到局部最大值位置点,通过粒子加权的方式得到目标最终的位置.与传统的粒子滤波算法相比,该算法的计算复杂度大大降低,同时融合了结构信息这一特征,弥补了颜色信息的不足.由于文中算法的粒子总是能收敛到局部的极值,几乎不会出现退化现象,故无需进行重采样和粒子权值的更新.实验结果表明,该算法能在复杂背景下实现对目标的稳健跟踪,满足跟踪的实时性要求.     

基于高斯粒子滤波法的CIR利率期限结构估计

为了提高CIR利率期限结构模型中的状态估计精度,建立了该问题的离散非线性滤波模型,采用高斯粒子滤波法进行状态近似最优估计.相对于文献中普遍采用的扩展卡尔曼滤波方法,高斯粒子滤波法避免了线性近似带来的误差,利用基于重要性采样得到的高斯分布来近似状态变量的后验分布,具有更强的状态估计能力.仿真实验比较了高斯粒子滤波和扩展卡...     

基于容积卡尔曼滤波的高斯粒子滤波算法

高斯粒子滤波是一种免重采样的粒子滤波,不会出现粒子退化,但其重要性密度函数由于没有考虑到最新量测信息,使得滤波性能明显下降,且该算法没有较高的实时性。针对这个问题提出一种基于CKF的高斯粒子滤波算法—CKGPF算法。该算法利用CKF算法构造高斯粒子滤波的重要性密度函数,且在时间更新阶段借助CKF算法来完成只对高斯分布参数的更新。仿真结果表明,CKGPF算法相比于标准GPF算法不仅提高了滤波精度,而且还具有较好的实时性。     

一种新的粒子滤波算法在INS/GPS组合导航系统中的应用

为改善传统粒子滤波中的样本退化和样本枯竭问题, 提出一种新的粒子滤波算法. 在重要性采样中, 利用最新测量值, 结合差分滤波算法产生重要性函数; 在再采样中, 利用高斯混合模型近似状态的后验概率密度, 引入最大期望算法计算该高斯混合模型的参数, 并从该新分布中采样后验粒子集, 取代传统的再采样. 从而通过提高重要性函数对状态后验概率密度的逼近程度来缓解样本退化问题, 通过改进再采样实现过程来缓解样本枯竭问题. 把新算法应用到INS/GPS组合导航系统中, 仿真结果表明新算法的估计性能明显优于粒子滤波.     

改进重采样的高斯粒子滤波定位技术

针对粒子滤波算法中仍然存在的样本匮乏现象,在高斯滤波的基础上,提出了一种改进重采样的高斯粒子滤波(IR-GHPF)算法.经过新的重采样后的粒子包含了更多相邻粒子的状态信息,提高了粒子的多样性.将此算法应用于无线定位系统中,仿真结果表明,该算法在NLOS环境下仍然具有较高的估计精度,其定位性能优于粒子滤波算法和高斯粒子滤波算法.     

Effective cubature FastSLAM: SLAM with Rao-Blackwellized particle filter and cubature rule for Gaussian weighted integral

Simultaneous localization and mapping (SLAM) is a key technology for mobile robot autonomous navigation in unknown environments. While FastSLAM algorithm is a popular solution to the large-scale SLAM problem, it suffers from two major drawbacks: one is particle set degeneracy due to lack of measurements in proposal distribution of particle filter; the other is errors accumulation caused by inaccurate linearization of the nonlinear robot motion model and the environment measurement model. To overcome the problems, a new Jacobian-free cubature FastSLAM (CFastSLAM) algorithm is proposed in this paper. The main contribution of the algorithm lies in the utilization of third-degree cubature rule, which calculates the nonlinear transition density of Gaussian prior more accurately, to design an optimal proposal distribution of the particle filter and to estimate the Gaussian densities of the feature landmarks. On the basis of Rao-Blackwellized particle filter, the proposed algorithm is comprised by two main parts: in the first part, a cubature particle filter (CPF) is derived to localize the robot; in the second part, a set of cubature Kalman filters is used to estimate environment landmarks. The performance of the proposed algorithm is investigated and compared with that of FastSLAM2.0 and UFastSLAM in simulations and experiments. Results verify that the CFastSLAM improves the SLAM performance.     

基于DRLSE模型的运动目标跟踪

高斯粒子滤波不能处理曲线的拓扑变化,而基于水平集的几何活动轮廓模型能较好地适应拓扑变化,为了跟踪和提取刚体和非刚体运动目标精确的轮廓信息,提出基于距离规则化的水平集演化(DRLSE)模型和高斯粒子滤波(GPF)相结合的运动目标跟踪方法.首先用高斯粒子滤波对目标跟踪得到目标的运动区域,然后把水平集规则项引入到测地线活动轮廓模型中,以外接轮廓的中心为基础进行DRLSE.距离规则化不仅消除了水平集重新初始化的需要,而且避免了因此而导致的数值错误,在水平集演化过程中保持了水平集函数的规则化.最后,将获得的精确轮廓信息反馈到跟踪框架.实验结果表明,该方法适用于刚体和非刚体目标,在实际交通环境中跟踪结果更加精确.     

基于高斯粒子CPHD滤波的多目标检测前跟踪算法

针对未知目标数条件下多弱小目标检测前跟踪(TBD)算法鲁棒性较低、运算量较大等问题,提出一种基于高斯粒子势概率假设密度(CPHD)滤波的多目标检测前跟踪算法.运用高斯函数近似目标状态的后验概率密度,采取粒子滤波的方法迭代更新CPHD中各高斯项的均值与协方差,无需重采样,避免了粒子退化和采样枯竭等问题;同时结合检测前跟踪算法的实际情况,得出粒子权值的更新表达式.仿真实验表明,与现有算法相比,所提出算法在降低复杂度的同时,可以更为可靠地传递目标势分布信息,从而提高多弱小目标数目和状态估计的准确性和稳定性.     

基于方差缩减技术的一种自适应粒子滤波器设计

退化现象是粒子滤波(PF)在非线性状态估计应用中存在的主要问题, 重采样过程一定程度上解决了粒子退化现象, 但同时带来了退化现象所导致的样本贫化问题. 本文将方差缩减技术用于PF之中, 通过给所有粒子权重赋予一个指数衰减因子来解决粒子退化现象, 该衰减因子可以根据有效粒子数进行自适应、迭代的选取, 随后通过一个定理来证明了该方法的有效性, 并基于此提出了一种自适应粒子滤波(APF)算法, 给出了算法的具体步骤, 同时对参数选取的原则和算法的局限性进行了详细的讨论. 最后, 通过一个数值例子说明了本文所提出的APF算法在计算负荷不大的条件下较采样-重要性-重采样粒子滤波(PF-SIR)、遗传粒子滤波(GPF)、粒子群优化粒子滤波(PSOPF)具有更高的估计精度.