基于确定性重采样的粒子滤波算法

复杂背景下的运动目标跟踪往往要面对非线性非高斯问题,粒子滤波算法在非线性非高斯模型中的良好处理能力,使其得到广泛的应用.引入重采样方法(SIR)解决粒子退化问题的同时导致了样本枯竭.针对上述问题,文中提出了一种融合基本重采样方法和确定性重采样方法的新方法,能有效保持粒子的多样性.通过仿真实验表明,该方法能有效提高粒子滤波算法的准确性.     

均匀重采样粒子滤波器在SINS初始对准中的应用

针对标准粒子滤波算法中存在的样本贫化问题,提出一种在随机重采样中加入均匀采样的均匀重采样方法,不但可以保证标准粒子滤波算法逼近精度,同时能通过保留被抛弃粒子的分布范围增加粒子的多样性.针对捷联惯性导航系统的初始对准问题,应用这种均匀重采样的粒子滤波算法进行了仿真研究.仿真结果表明,在初始方位失准角为10°的情况下,均匀重采样粒子滤波算法的对准精度高于标准的粒子滤波算法,初始对准的稳定性也得到了有效改善.     

一种新的进化裂变粒子滤波算法

针对经典自举粒子滤波中的重要性函数选取和重采样所导致的样本枯竭问题,提出了一种基于进化裂变的改进粒子滤波算法．该算法首先采用无迹卡尔曼滤波算法产生重要性函数,然后对重要性采样粒子进行裂变通过进化策略更新粒子集以增加粒子多样性,从而克服经典自举滤波重采样过程中的粒子退化问题．仿真实验表明,该算法能有效地提高跟踪精度, 跟踪性能优于经典粒子滤波算法．     

粒子滤波算法在目标跟踪中的应用

粒子滤波算法通过非参数化蒙特卡罗仿真方法实现递推贝叶斯滤波,基于序贯重要性采样的粒子滤波算法无法避免粒子退化问题;通过在滤波初始化阶段对初始化粒子进行优化选择,在重采样阶段使用非排序的基于权重的重采样算法对粒子滤波算法进行了改进,从一定程度上解决了粒子退化问题;仿真验证,本算法在保持与传统粒子滤波算法运算时间的条件下,提高了粒子滤波算法的估计精度,从而提高了其在机动目标跟踪中的性能.     

一种基于区间估计的粒子滤波算法

针对非线性、非高斯系统的状态估计问题,本文提出了一种基于区间估计的粒子滤波算法．新算法从辅助粒子滤波算法的理论出发,首先对系统状态的期望值进行区间估计,然后在该区间上均匀采样,并利用当前观测信息进行修正,最后得出滤波结果．为了保证估计区间的有效性和算法计算效率,本文给出了区间扩展条件．由于算法直接在区间上均匀采样,不仅避免了重采样带来的样本贫化,而且保证了粒子的多样性．实验结果表明,该算法具有较高的滤波精度,明显优于一般的粒子滤波算法．     

一种粒子滤波自适应优化算法

通过对粒子滤波算法中建议分布与重采样2种改进技术分析,提出了一种粒子滤波自适应优化算法．首先,基于退火参数自适应优化混合建议分布,以改进建议分布的采样范围．然后,在基于有效样本大小的自适应重采样技术之上,借助另一多样性测度即种群多样性因子来自适应调整重采样阈值,而且,样本变异操作在重采样之后被引入确保样本的多样性．同时,结合部分分层重采样算法研究并进行改进,改进的部分分层重采样算法具有原算法执行快时间短的优点,同时结合权重优化的思想改进重采样的样本权重计算．通过仿真实验,粒子滤波自适应优化算法的性能和有效性均得以验证．     

融合模糊统计纹理特征的多线索粒子滤波跟踪

针对粒子滤波跟踪算法使用单一特征鲁棒性差,以及粒子重采样策略易导致粒子退化、贫化等问题,提出了一种基于多特征、多线索的改进粒子滤波跟踪方法。使用引入邻域关系的Histon直方图描述目标的颜色特征,并建立了一种稳健的模糊统计纹理特征(FSTF)表达空间纹理信息,然后将其自适应地与区域颜色特征融合构建多线索的观测模型。在粒子滤波跟踪过程中,使用基于K-means的粒子权重聚类进行更为准确的后验分布估计。在重要性重采样阶段,保留高权重粒子的同时基于当前目标状态的先验分布产生新粒子,避免了粒子退化并保证了粒子的多样性。在标准测试集上的实验结果表明:相比其他基于粒子滤波框架的跟踪算法,本文方法能够得到更高的跟踪精度和成功率。与其他效果突出的流行跟踪算法相比,本文方法能在光照变化、目标形变和背景扰动场景下取得更好的跟踪效果。     

核粒子滤波目标跟踪算法

针对粒子滤波的退化问题以及使用单一特征跟踪鲁棒性不高的缺点,提出了一种基于多特征融合的核粒子滤波目标跟踪方法.首先在核粒子滤波中提出新的权值更新方法,然后将颜色和纹理特征在核粒子滤波方法框架下进行融合实现鲁棒跟踪.对颜色和纹理特征的计算分别采用空间直方图和积分直方图的计算方法,这2种计算方法有效地克服了2种特征自身存在的缺点.该算法提高了采样效率,解决了粒子滤波的计算量大和粒子退化问题.最后应用本文算法在复杂背景和严重遮挡等情况下的目标序列上进行了测试,实验表明该算法不仅能准确地跟踪目标,而且能很好地处理目标遮挡等问题.     

基于SSUKF的粒子滤波算法研究

针对粒子滤波的退化现象、样本贫化问题以及标准无迹粒子滤波(UPF)算法计算量偏大的缺陷,利用基于超球面采样变换(SSUT)的UKF算法产生重要性概率密度函数,与序贯重要性再采样(SIR)结合,并引入粒子群优化,形成一种新的粒子滤波算法.对称分布UT变换的sigma点为2n+1个,而SSUT变换为n+2个.新算法利用SSUT变换减少了采样点的个数,通过混合建议分布进一步减少了计算量,使计算效率得到了明显的改善.仿真结果表明,该算法滤波精度优于扩展卡尔曼粒子滤波,而与标准UPF相当,计算效率明显高于标准UPF算法.     

改进粒子滤波的军用机器人室内定位方法

针对复杂室内条件下军用机器人的超宽带(UWB)定位系统易受非视距(NLOS)影响的问题,提出一种改进粒子滤波定位模型。在原有标准算法基础上,增加优化重采样粒子与马克可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法步骤,解决在非线性系统中粒子滤波算法出现的样本贫化问题;设计UWB定位模块,通过多组实验对算法进行验证。结果表明,在非视距的环境中使用该改进算法能够有效提高UWB系统定位精度,满足军用机器人的室内定位需求。     

基于改进的粒子滤波的视觉跟踪算法

通过对基于粒子滤波算法的运动目标跟踪技术进行研究,并针对粒子滤波算法的退化现象做出了两方面的调整。第一,对粒子滤波的重采样阶段做出了改进,在粒子上添加一个微小的高斯干扰,使得重采样的粒子分布发生变化,同时使采样枯竭得到了抑制;第二,经过一段时间的跟踪后,将跟踪目标重新初始化,继续跟踪,使得跟踪结果更加完善。通过自适应调整跟踪目标的窗口,使其大小改变,背景中的颜色尽量没有与跟踪目标相同的颜色。实验结果表明。这种改进过的粒子滤波算法能够在复杂的情况下进行跟踪,并且跟踪性能优于Meanshift方法。     

粗细尺度耦合粒子滤波在多目标跟踪中的应用研究

文章提出了一种进行多目标跟踪的高效率粒子滤波器算法。它利用粗细2种尺度耦合采样信号,粗尺度采样降低算法计算的复杂度;细尺度采样来保证精度,同时不用重采样来消除粒子滤波的退化现象。对信号经过粗细2种尺度处理以后,再用基于MCMC方法的Metroplis-Hasting采样得到多目标系统的最大似然函数参数后验满条件的分布,并对多目标系统进行实时跟踪。仿真表明该算法在处理多目标跟踪问题时具有高效率和精确性。     

An improved particle filtering algorithm based on observation inversion optimal sampling

According to the effective sampling of particles and the particles impoverishment caused by re-sampling in particle filter, an improved particle filtering algorithm based on observation inversion optimal sampling was proposed. Firstly, virtual observations were generated from the latest observation, and two sampling strategies were presented. Then, the previous time particles were sampled by utilizing the function inversion relationship between observation and system state. Finally, the current time particles were generated on the basis of the previous time particles and the system one-step state transition model. By the above method, sampling particles can make full use of the latest observation information and the priori modeling information, so that they further approximate the true state. The theoretical analysis and experimental results show that the new algorithm filtering accuracy and real-time outperform obviously the standard particle filter, the extended Kalman particle filter and the unscented particle filter.     

视频序列的多特征粒子滤波跟踪方法

提出了一种应用于视频序列的多特征粒子滤波（PF）跟踪算法,该方法在重采样后,对每一粒子应用CamShift算法,使所有粒子都趋于一个局部稳定的位置附近. 其中,权重中的似然函数根据颜色与边缘直方图分布的Bhattacharyya系数更新．该方法结合了CamShift计算量小的特点,使PF用较少的粒子能够对目标较准确的跟踪. 实验结果表明,该方法对遮挡具有一定的鲁棒性．     

万有引力优化的粒子滤波算法

针对经典粒子滤波中存在的粒子易退化、易丧失多样性以及滤波精度严重依赖于粒子数量的问题,提出一种万有引力优化的粒子滤波算法．通过万有引力算法优化粒子滤波中的粒子集来提高滤波精度．首先将每个粒子看做质量大小正比于粒子权值的点,粒子间的引力吸引着粒子向高似然区域移动,从而优化粒子集．然后利用精英粒子策略加快万有引力优化算法中粒子收敛速度,并避免粒子陷入局部最优; 引入感知模型防止过度收敛导致的粒子拥挤或重叠．仿真实验表明,该算法在粒子数较少的情况下与经典粒子滤波算法和粒子群优化粒子滤波算法相比,保持了更好的粒子滤波精度和速度．     

基于粒子滤波的跳频信号频率跟踪方法

针对跳频信号的参数估计问题,提出一种基于粒子滤波的跳频信号频率实时跟踪方法.首先建立以跳频瞬时频率为系统状态的状态空间模型,然后通过基本粒子滤波算法序贯重要性重采样（sequential importance resampling,SIR）实现了对跳频信号频率的后验概率密度估计,进而得到频率的实时估计;为进一步提高粒子滤波的跟踪性能,提出一种基于ESPRIT辅助的粒子滤波（auxiliary esprit particle filtering,AESPRIT-PF）算法.仿真实验分析了在不同信噪比和不同粒子数目下算法的跟踪性能,结果表明该算法具有稳健的跳频频率实时跟踪能力,是一种有效的跳频信号参数估计方法.     

Multi-feature integration kernel particle filtering target tracking

In light of degradation of particle filtering and robust weakness in the utilization of single feature tracking,this paper presents a kernel particle filtering tracking method based on multi-feature in...     

一种用于机动目标跟踪的多模型最小二乘方案

本文提出了描述运动目标的时间原点滑动多项式数学模型，并在此模型基础上，推导出用于目标跟踪的简化最小二乘算法．为适用于机动目标跟踪，选取了一个跟踪检测信号，确定出一套多模型滤波与预报策略．本文论述的方案的突出优点是计算量比卡尔曼滤波小得多，有利于实时实现．蒙特卡罗仿真结果说明该方案是一种适用于机动目标跟踪的优选方案．     

量化量测条件下的交互多模型箱粒子滤波

在分布式多传感器网络中,为了节省通信带宽,需要将传感器得到的点量测量化成区间量测,而传统的滤波算法均不能直接处理这种量化量测．箱粒子滤波作为一种“广义粒子滤波”算法,用箱粒子和误差界限模型来取代传统的点粒子和误差统计模型,是新近出现的处理区间量测的有力工具．相比粒子滤波,箱粒子滤波还具有所需粒子数少、算法复杂度低、运行速度快等优点．因此,为了处理量化量测条件下的机动目标跟踪问题,提出了交互多模型箱粒子滤波算法．仿真对比实验表明：在量化量测条件下,交互多模型箱粒子滤波算法和交互多模型粒子滤波算法都能够准确地估计机动目标状态,但交互多模型箱粒子滤波所需粒子数更少、计算效率更高．     

基于无味粒子滤波的动态场景下高机动目标跟踪

针对传统粒子滤波的目标跟踪算法存在粒子退化问题,提出了基于无味粒子滤波(UPF)的目标跟踪算法。为了将当前观测信息融入,采用无味卡尔曼滤波(UKF)生成粒子滤波的提议分布,以改善滤波效果。针对目标在机动过程中引起的视觉形变以及背景的变化,又采用了颜色直方图作为目标的颜色分布模型,并与UPF相融合。仿真结果表明,该算法对动态场景下的高机动目标有较好的跟踪效果。