快速SLAM算法的一种新的滤波架构

FastSLAM算法是同时定位与地图创建领域的一类重要方法,UPF-IEKFFastSLAM2.0算法采用UPF估计机器人的路径,地图估计则采用IEKF算法。UPF算法使粒子向后验概率高的区域运动,提高了估计精度,并且UPF算法比普通粒子滤波算法需要更少的粒子数,因而可以降低计算复杂度;IEKF算法通过迭代观测更新过程来提高估计精度。仿真实验表明,当迭代次数小于等于2时,UPF-IEKFFastSLAM2.0算法的地图估计累计时间比UPF-UKFFastSLAM2.0算法短;当迭代次数为2时,其估计精度高于UPF-UKFFastSLAM2.0算法。综合考虑估计精度和计算复杂度,认为"UPF-IEKF"是一种更合理的FastSLAM算法滤波架构。     

一种用于目标跟踪的改进粒子滤波算法

为解决目标跟踪中粒子滤波算法的估计精度、粒子退化问题,提出一种改进的粒子滤波算法。在粒子滤波的基础上,利用UKF生成粒子滤波的建议分布,以改善滤波效果,在无味粒子滤波的基础上,融合典型的MCMC抽样算法,减少传统算法未考虑当前量测对状态的估计作用所带来的影响,增加采样粒子多样化。将该算法应用于具有非线性、非高斯特点的目标跟踪问题中,仿真结果表明,与普通的粒子滤波算法相比,其跟踪精度和滤波效果有较大提高。     

非线性交互粒子滤波算法

在非线性非高斯系统状态估计问题中,后验概率密度函数的解析形式难以获得,标准粒子滤波算法采用状态转移概率函数代替后验概率作为重要性采样概率密度函数,而未考虑当前观测数据的影响．针对该问题,首先提出了非线性交互多模型算法;然后应用该算法产生重要性采样概率密度函数,设计了新的非线性交互粒子滤波器．新的概率密度函数融入最新观测数据,更接近系统状态后验概率．比较实验表明了所提出算法的有效性．     

一种卡尔曼增益约束滤波算法

在滤波过程中,将卡尔曼增益结合约束条件,可以有效地提高滤波精度.论文推导了含有卡尔曼增益约束条件的代价函数,根据Karush-Kuhn-Tucker（KKT）最小化的一阶必要条件,使用高斯牛顿法求出约束卡尔曼增益的最优约束解.最后对具有约束条件的目标跟踪问题进行了仿真实验,结果表明该算法的跟踪精度要高于普通卡尔曼滤波算法.     

一种粒子滤波的改进算法

在强非线性、非高斯系统、高精度测量的环境下,针对粒子滤波（PF）算法的跟踪性能降低问题,提出一种PF的改进算法。由于PF算法的计算量虽然小但精度不高,而无迹粒子滤波（UPF）算法精度虽然很高但计算量过大,结合PF算法计算量小和UPF算法精度高的优势,提出一种PF改进算法。对PF、UPF和PF改进算法三种跟踪算法进行了仿真,结果表明,改进PF算法的跟踪精度和UPF的跟踪精度相当,但所需运算时间仅为UPF算法的35%左右。     

基于扩展卡尔曼粒子滤波算法的神经网络训练

神经网络的训练是一种非线性系统的辨识问题,基本粒子滤波算法已被成功用于训练神经网络,但基本粒子滤波算法在建议分布的选择上并没有考虑当前时刻观测值的影响,本文针对该问题提出使用扩展卡尔曼滤波器来生成建议分布。由于扩展卡尔曼滤波器在传递近似建议分布的均值和协方差的过程中充分利用了观测值信息,从而可以更好地描述神经网络权值的后验概率分布。实验结果证明,使用扩展卡尔曼滤波器作为建议分布的粒子滤波算法性能明显优于基本粒子滤波算法。     

基于人工鱼群优化的扩展卡尔曼粒子滤波算法

针对扩展卡尔曼粒子滤波算法中由于粒子退化和贫化而导致的滤波精度降低问题,提出了一种人工鱼群优化的扩展卡尔曼粒子滤波算法.通过人工鱼群优化算法中的觅食和聚群行为,对采样过程进行优化,使得粒子不断地朝高似然域移动来寻找最优位置,从而改善样本分布,加速样本集的收敛,缓解了退化现象;然后对重采样过程进行优化,以提升样本的多样性,从而克服了粒子样本贫化问题.实验结果表明,改进后算法提高了对系统状态的预估精度,更适合在对精度要求高的系统中进行滤波计算.     

一种基于人工神经网络的非线性滤波

针对非线性控制系统提出一种应用ＰＮＮ的滤波方法，阐述了ＰＮＮ的原理、结构和应用特点，提出了运用ＰＮＮ的非线性滤波方法，并通过仿真实例对该方法的特点和性能进行了分析和验证。     

一种基于均值筛选的粒子滤波算法

针对基于均值筛选的粒子滤波算法MPF,利用无迹卡尔曼粒子滤波产生一步预测.在重采样阶段,利用对粒子按照权值大小进行排序的确定性重采样策略.为了克服样本耗尽问题,在统计所有粒子权值的均值后,对于权值小于均值的粒子进行一步权值平缓化变异.仿真实验表明MPF精确度优于其他5种流行的滤波算法.     

加权观测融合非线性无迹卡尔曼滤波算法

针对非线性系统的无迹卡尔曼滤波器(UKF),应用加权最小二乘(WLS)法,提出了加权观测融合UKF滤波算法.证明了加权观测融合UKF滤波算法与集中式观测融合UKF滤波算法在数值上的完全等价性,因而具有全局最优性.一个带两传感器非线性系统的仿真例子说明了两种融合算法的有效性及等价性.     

无味变换与无味卡尔曼滤波

综述了非线性估计问题的由来、无味变换（UT,Unscented Transformation）的基本思路与基本算法、各种衍变形式、σ点集的设计原则、无味卡尔曼滤波（UKF,Unscented Kalman Filtering）的基本算法及其各种改进算法、UT的本质、UKF与几种免微分非线性滤波方法的比较、UT与UKF的相关应用、针对几种UKF算法的仿真实例,以及目前在UT与UKF的研究中尚存在的一些问题和对今后研究的展望等;提出了笔者的一些最新研究成果和见解。     

蒙特卡罗粒子滤波算法应用研究

随着这些年计算机硬件水平的发展,计算速度的提高,源自序列蒙特卡罗方法的蒙特卡罗粒子滤波方法的应用研究又重新活跃起来。本文的这种蒙特卡罗粒子滤波算法是利用序列重要性采样的概念,用一系列离散的带权重随机样本近似相应的概率密度函数。由于粒子滤波方法没有像广义卡尔曼滤波方法那样对非线性系统做线性化的近似,所以在非线性状态估计方面比广义卡尔曼滤波更有优势。在很多方面的应用已经逐渐有替代广义卡尔曼滤波的趋势。     

蒙特卡罗粒子滤波算法应用研究

随着这些年计算机硬件水平的发展,计算速度的提高,源自序列蒙特卡罗方法的蒙特卡罗粒子滤波方法的应用研究又重新活跃起来.本文的这种蒙特卡罗粒子滤波算法是利用序列重要性采样的概念,用一系列离散的带权重随机样本近似相应的概率密度函数.由于粒子滤波方法没有像广义卡尔曼滤波方法那样对非线性系统做线性化的近似,所以在非线性状态估计方面比广义卡尔曼滤波更有优势.在很多方面的应用已经逐渐有替代广义卡尔曼滤波的趋势.     

基于高斯—施密特粒子滤波器的多机器人协同定位

多机器人协同定位需对各个机器人的运动模型和观测模型精确建模,需要运用非线性、非高斯系统。已经应用于本领域的各种非线性算法主要有两种：一种是扩展卡尔曼滤波算法（EKF）,它对非线性系统进行局部线性化,从而间接利用卡尔曼算法进行滤波与估算;另一种是序列蒙特卡罗算法,即粒子滤波器（PF）。本文介绍了一种改进的粒子滤波
器,即高斯-施密特粒子滤波器（GHPF）,重点比较这三种算法在多机器人协同定位领域的应用效果。     

非线性离散随机时变系统比例微分滤波

扩展卡尔曼滤波（EKF）是从极小化状态估计误差的方差得到的，没有考虑状态误差的变化率，因而对非线性时变系统EKF估计方法惯性作用 较大，从而产生估计滞后，提出了非线性离散随机系统比例微分滤波（PDF），PDF联合考虑极小化状态估计误差和状态误差变化率的方差，克服了EKF对非线性时变系统估计滞后的缺点，估计具有适时性，提出了高估计的精度，仿真例子证明了所提出的估计方法的有效性。     

基于粒子滤波的机动目标跟踪算法仿真研究

针对非线性多目标模型,应用粒子滤波算法,这种方法不受模型线性和Gauss假设的约束,是一种处理非线性非高斯动态系统状态递推估计的有效算法。在粒子滤波的基础上融合扩展卡尔曼滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法。融合后的新算法在计算提议概率密度分布时,粒子的产生充分考虑当前时刻的量测,使得粒子的分布更加接近状态的后验概率分布,再用平滑算法处理滤波的结果。仿真结果表明,算法有较好的跟踪效果。     

基于t-分布粒子滤波器的目标跟踪

针对贝叶斯跟踪中目标状态的预测分布和后验分布,利用序列蒙特卡洛方法,基于多变量t-分布提出了一种新的粒子滤波算法,称之为t-分布粒子滤波器．为了根据样本估计目标状态的概率分布,提出了一种新的ECME算法,并嵌入到t-分布粒子滤波器中．理论分析表明,在t-分布条件下,t-分布粒子滤波器是在样本数量上的渐近最优估计器．在机动目标跟踪实验中,比较了t-分布粒子滤波器、无色卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter)及自助式粒子滤波器(Bootstrap particle filters)的跟踪精度．