EKF、PF在目标跟踪中的研究

介绍两种目标跟踪算法—扩展卡尔曼滤波器（Extended Kalman Filter,EKF）、粒子滤波器（Particle filter,PF）。EKF利用泰勒级数方法,将非线性问题转化到线性空间,再利用卡尔曼滤波器进行滤波,并达到一阶估计精度。PF是一种采用蒙特卡罗采样的贝叶斯滤波方法,它将复杂的目标状态分布表示为一组加权值,通过寻找在粒子滤波分布中最大权值的粒子来确定目标最可能所处的状态分布,已成为复杂环境下进行目标跟踪的最好的方法。文中通过仿真实验,对二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,PF的性能明显优于EKF,但计算复杂,耗时长。     

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。     

Unscented粒子滤波器及其在纯方位跟踪中的应用

为处理纯方位跟踪(BOT)中的非线性问题,提出了一种Unscented粒子滤波(UPF)跟踪方法.在使用Unscented变换的基础上,利用UPF来加入最新的观测量并产生非线性粒子滤波(PF)的建议分布.结合纯方位跟踪模型,推导了UPF应用的具体算法步骤,使用匀速运动和机动目标两个BOT仿真实例,与其它滤波器进行了仿真对比,分析了跟踪性能和误差.仿真结果表明,对于纯方位跟踪问题,UPF不仅解决了扩展卡尔曼滤波器的线性化损失难题,而且与PF等粒子滤波器相比,具有更高的跟踪精度.     

基于IMMEPF的多普勒盲区目标异类多传感器联合跟踪

对于机载脉冲多普勒雷达,多普勒盲区是不可避免的。为解决多普勒盲区内机动目标跟踪问题,提出了基于扩展卡尔曼粒子滤波(IMMEPF)的雷达和ESM联合跟踪算法。该算法融合了交互式多模型(IMM)、粒子滤波(PF)和扩展卡尔曼滤波(EKF)的优势,采用多模型结构以匹配目标的运动模型。粒子滤波能处理非线性、非高斯问题,而采用EKF产生粒子,由于考虑了当前观测值,使得粒子的分布更接近后验概率密度分布,克服粒子的退化现象,从而提高估计精度。仿真结果表明,给出的算法能够显著提高对落入多普勒盲区内的目标点迹的跟踪精度。     

雷达机动目标跟踪的卡尔曼粒子滤波算法

为解决不敏粒子滤波算法对雷达机动目标跟踪实时性差和跟踪起始阶段收敛慢的问题,引入卡尔曼粒子滤波算法。通过坐标转换将实际的极坐标雷达观测数据转换为直角坐标数据,然后用线性最优的卡尔曼滤波器估计粒子状态先验概率密度,最后用非线性最优的粒子滤波器精确估计目标状态后验概率。仿真实验表明,与不敏粒子滤波相比,卡尔曼粒子滤波以牺牲较少精度(减少约6%)的代价,实现机动目标跟踪的实时性(约为前者的1/5),起始阶段收敛性更好。     

基于改进SFLA-PF算法的OFDM系统的目标跟踪

在OFDM通信系统中,为了解决非线性的目标跟踪问题,提出了基于改进混合蛙跳算法(SFLA)和粒子滤波算法(PF)相结合的方法来研究动态目标跟踪技术.首先利用高斯变异的局部搜索能力强和柯西变异的全局搜索能力强等优点对混合蛙跳算法进行改进,然后用改进后的混合蛙跳算法来优化粒子滤波算法进行动态跟踪,其优点不需要重采样步骤,有效地保持了粒子的多样性和有效性.仿真结果表明,该算法能够有效实现动态目标跟踪,并且跟踪效果优于同等条件下的混合蛙跳算法和粒子滤波算法.     

IMM迭代扩展卡尔曼粒子滤波跟踪算法

该文提出了一种交互式多模型(IMM)迭代扩展卡尔曼粒子滤波机动目标跟踪算法。该算法在多模型中使用了改进的粒子滤波器,通过对迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)的测量更新按照高斯牛顿方法进行修正,减小了非线性滤波带来的线性化误差,然后利用修正的IEKF来产生粒子滤波的重要性密度函数,使其融入最新观测信息。最后将所提算法与交互式多模型粒子滤波(IMMPF)进行了比较,仿真结果表明该算法具有更好的跟踪性能。     

基于量子遗传粒子滤波的WSN目标跟踪算法

粒子滤波器是解决非线性非高斯运动跟踪的一种有效方法,很适合于无线传感器网络的目标跟踪.但是粒子滤波算法存在严重的退化现象.常规的重采样方法虽可解决退化问题,但容易导致粒子耗尽.本文针对此问题,将量子遗传算法引入粒子滤波,提出了基于量子遗传粒子滤波的无线传感器网络目标跟踪算法.通过量子遗传算法的编码方式增加粒子集的多样性...     

基于EK算法改进的多目标跟踪技术

在随机有限集理论框架下,传统的3种基于高斯混合实现的滤波算法仅适用于线性高斯系统中的目标跟踪。为了将算法的使用范围扩展到非线性高斯系统,文中提出了传统3种滤波器基于扩展卡尔曼（EK）改进后的算法,通过泰勒级数展开将非线性问题转化为线性问题近似处理,并对比分析了3种新算法对于匀速转弯目标的跟踪性能。仿真结果表明,3种新算法均能实现对于非线性高斯系统中目标的有效跟踪。     

一种改进粒子滤波的双站无源定位跟踪算法

在非线性非高斯状态空间下，粒子滤波器是一种有效的非线性滤波算法，它的关键问题包括粒子权重的计算、粒子重采样和状态估计等。本文根据粒子滤波算法思想和双站无源定位跟踪的非线性，将粒子滤波算法用于双站无源定位跟踪问题，给出了一种改进的粒子滤波算法，并对其关键问题根据双站无源定位跟踪的特殊性进行了改进。利用Matlab进行了仿真实验，与最小二乘算法、扩展卡尔曼滤波算法进行了比较，结果表明所提算法定位跟踪精度优于其他方法。     

Tracking application about singer model based on marginalized particle filter

This article deals with the problem of maneuvering target tracking which results in a mixed linear/non-linear model estimation problem.For maneuvering tracking system,extended Kalman filter (EKF) or particle filter (PF) is traditionally used to estimate the states.In this article,marginalized particle filter (MPF) is presented for application in a mixed linear/non-linear model estimation problem.MPF is a combination of Kalman filter (KF) and PF.So it holds both advantage of them and can be used for mixed linear/non-linear substructure,where the conditionally linear states are estimated using KF and the nonlinear states are estimated using PF.Simulation results show that MPF guarantees the estimation accuracy and alleviates the potential computational burden problem compared with PF and EKF in maneuvering target tracking application.     

角闪烁背景下基于粒子滤波器的跟踪研究

角闪烁噪声具有相关性和非高斯特性，处理相关非高斯噪声下的目标跟踪问题时，传统的的卡尔曼滤波器性能将会严重下降。文中将粒子滤波器应用到角闪烁背景下的目标跟踪问题中，与扩展卡尔曼滤波器进行了仿真比较，结果表明粒子滤波器的跟踪性能大大优于扩展卡尔曼滤波器，具有较高的工程实用价值。     

正则化粒子滤波在水下目标跟踪中的应用

针对传统卡尔曼滤波(KF)及扩展卡尔曼滤波(EKF)在非线性目标跟踪模型中,跟踪精度较差的问题,本文给出了一种基于正则化粒子滤波(RPF)的水下目标跟踪算法。文中在一种模拟水下目标跟踪环境的非线性动态模型中对所提出的算法进行了仿真试验,并将其跟踪性能与扩展卡尔曼滤波和标准粒子滤波算法(PF)进行了比较。仿真结果表明,PF算法比EKF算法滤波精度更高,RPF的跟踪性能优于PF和RPF,而且随着粒子数的增加,PF和RPF的跟踪性能也不断提高。     

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.     

大失准角下SINS的KF/EKF2混合滤波对准

针对捷联惯导系统(SINS)大失准角下滤波对准过程中非线性滤波器状态维数过大的问题,提出了一种基于模型分解的卡尔曼滤波/二阶扩展卡尔曼滤波(KF/EKF2)混合滤波方法,将基于欧拉平台误差角的非线性滤波模型分解为线性部分和非线性部分,分别采用线性KF滤波和非线性EKF2滤波处理,并且设计了混合滤波的滤波步骤。实验结果表明,KF/EKF2混合滤波算法在计算量、实时性及精度等方面优于最常用的无迹卡尔曼滤波(UKF)和EKF2滤波。     

一种新型混合并行粒子滤波频率估计方法

针对高动态、低信噪比环境下的载波频率信号跟踪问题,提出一种新的混合并行粒子滤波算法（ Multi-ple Extend Kalman Filter Independent Metropolis Hastings ,M-E-IMH）。该算法具有并行运算结构,实时性较基本粒子滤波有较大的提高。该算法直接利用同相支路（In-phase,I）和正交支路（Quadrature,Q）作为观测量,避免了传统方法中的鉴别器引入而引起的信噪比损耗。在高斯和非高斯环境下,与现有的载波跟踪方法如扩展卡尔曼滤波器（ EKF ）,粒子滤波器（ PF）,卡尔曼滤波器（ KF）等仿真对比表明,该方法在低信噪比下具有更高的跟踪精度。     

基于粒子滤波的机载单站无源跟踪算法

针对空中观测平台对远距离海面慢速运动目标定位跟踪这一非线性估计问题,介绍了专门处理非线性估计问题的粒子滤波算法,将粒子滤波算法(Particle Filter,PF)应用于机载单站无源定位跟踪问题,有效提高了对慢速运动目标的单站无源定位跟踪性能,解决了传统的扩展卡尔曼滤波算法在非线性估计时存在收敛速度慢的问题。通过与扩展卡尔曼滤波算法的仿真比较表明,粒子滤波算法可实现对慢速运动目标的高精度定位跟踪,且性能优于扩展卡尔曼滤波算法。     

平方根容积卡尔曼滤波在角测量跟踪中的应用

为解决扩展卡尔曼滤波算法(EKF)在处理角测量跟踪问题时对复杂非线性状态估计收敛速度慢、估计精度低的问题,引入一种平方根容积卡尔曼滤波算法(SRCKF)。SRCKF是一类sigma点滤波方法,基于容积原则的数值积分方法计算非线性随机函数的均值与协方差,避免了EKF中Jacobian矩阵的计算,有效提高了计算效率。另外,与一般容积卡尔曼滤波算法相比,SRCKF确保了状态协方差矩阵的对称性与半正定性,有效改进了数值精度和鲁棒性。将SRCKF应用于角测量跟踪系统中,仿真结果表明,SRCKF、Unscented卡尔曼滤波(UKF)滤波精度较传统EKF有较大提高,同时,与UKF相比,SRCKF能以较快的运行效率获得较好的滤波效果。