改进粒子滤波算法及其应用仿真

针对目标跟踪中粒子滤波算法的估计精度不高、粒子退化问题,文中提出了一种GH．RPF算法．在粒子滤波的基础上,应用高斯．厄米特滤波来产生重要密度函数,同时对重采样采用正则变换以改善采样粒子的多样’生．将该算法应用于非线性、非高斯的目标跟踪中,仿真结果表明,与标准粒子滤波及EKPF相比,该算法的滤波精度更高,具有更高的跟踪性能．     

粒子滤波算法及其应用研究

粒子滤波是基于序贯Monte Carlo仿真方法的非线性滤波算法,对基本粒子滤波算法的原理实现步骤进行了详细的介绍,进行了仿真试验.试验结果表明,粒子滤波能够很好地对非线性系统进行仿真,其估计精度要优于扩展卡尔曼滤波.由于粒子滤波算法摆脱了解决非线性滤波问题时随机量必须满足高斯分布的制约条件,并在一定程度上解决了粒子匮乏问题,近年来该算法在许多领域得到成功应用.     

粒子滤波在无线通信中的应用综述

粒子滤波是一种基于贝叶斯原理的序贯Monte-Carlo方法。序贯重要性采样（SIS）算法是粒子滤波的核心算法。粒子滤波算法在处理非线性、非高斯系统的状态估计问题上优于其他滤波方法。本文对粒子滤波算法的基本原理及其在无线通信中的应用进行综述,重点介绍其中的几种典型应用：在盲均衡、衰落信道下的盲检测、多用户检测和衰落信道下的空时解码中的应用,并分别给出了每种应用的状态空间模型、权值更新公式和算法应用过程,并从性能、复杂度和适应性的角度分析了粒子滤波的应用优势。最后展望该算法在无线通信领域应用的发展方向。     

基于结构分解的GPS/INS组合导航粒子滤波技术

针对粒子滤波应用于GPS/INS组合导航系统时难以保证滤波实时性的问题,提出一种基于线性/非线性结构分解的改进粒子滤波算法.改进算法对状态方程进行线性/非线性结构分解,分别采用重点采样和线性卡尔曼方式进行一步预测递推,充分发挥粒子滤波和卡尔曼滤波的特点,有效降低了粒子滤波的计算量,在保证GPS/INS组合导航系统滤波精度的条件下提高了组合滤波的实时性.     

随机加权粒子滤波

研究粒子滤波方法优化问题,粒子退化是传统粒子滤波存在的致命缺陷.由于粒子退化,导致滤波精度的明显下降.针对粒子退化问题,在研究随机加权估计和粒子滤波算法的基础上,提出了一种新的随机加权粒子滤波算法.算法通过对样本进行随机加权,克服了传统粒子滤波算法中的粒子退化问题,保证了粒子的多样性.仿真结果表明,在小子样条件下,随机加权粒子滤波比经典粒子滤波的精度高.在大样本下二者的性能相同.但随机加权粒子滤波不需要重采样,因而算法简单,计算量小,更适合非线性非高斯系统模型的滤波计算,可为实际应用提供参考.     

基于采样的非线性滤波方法综述

对基于采样的非线性滤波方法的原理及应用进行了综述。在系统阐述贝叶斯估计理论的基础上,按照非线性函数线性化方法的不同,分析和总结卡尔曼滤波、扩展的卡尔曼滤波、sigma点卡尔曼滤波以及粒子滤波等算法的特点、使用方法和使用范围。最后,对非线性滤波的发展方向进行了展望。     

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.     

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．     

改进的部分分层式粒子滤波重采样算法

粒子滤波算法由于其处理非线性非高斯的能力优势,目前应用领域非常广泛。然而粒子滤波中存在的粒子退化、样贫等问题同样不容忽视,针对这些问题提出了一种改进的重采样粒子滤波算法。该方法借鉴了部分分层重采样和残差重采样的思路,通过对粒子权值大中小分类,在兼顾粒子多样性的情况下用不同策略分层次复制三个集合样本,从而优化了重采样算法。最后通过与经典粒子滤波重采样算法和其他部分重采样(PR)算法相比,以一维非线性跟踪模(UNG)和二维纯角度跟踪模型(BOT)两个模型的仿真结果验证了所提算法的滤波性能和有效性。     

非高斯噪声中的粒子滤波算法研究

在非线性非高斯动态系统中,粒子滤波已成为解决系统参数估计和状态滤波的主流方法。然而,粒子退化是粒子滤波中不可避免的现象,粒子重采样是解决方法之一。本文针对粒子退化现象,在扩展卡尔曼滤波器的基础上研究了一种基于支持向量机粒子滤波算法,算法实现中扩展卡尔曼粒子滤波器结合支持向量机对当前时刻的重要性采样,再对粒子样本进行重采样。该算法能有效地利用量测值的最新信息,状态估计误差较小,同时避免了粒子匮乏。理论分析和仿真结果表明,新算法在双模噪声非线性系统估计的精度优于标准粒子滤波算法与扩展卡尔曼粒子滤波算法。     

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。     

EM-GMPF:一种基于EM的混合高斯粒子滤波器算法

粒子滤波器算法是一种基于贝叶斯推理和蒙特卡罗方法的非线性、非高斯动态系统的实时推理算法．因其具有灵活、易于实现、并行化等特点,成为统计学、信号处理、人工智能等领域新的研究热点,并被广泛地应用于目标跟踪等领域中．粒子滤波器算法中存在的主要问题是再取样步骤带来的粒子枯竭,从粒子滤波器的表示方法角度出发,提出了一种基于EM的混合高斯粒子滤波器算法,仿真数据和可视化跟踪实验表明,与传统的粒子滤波器算法和基于单高斯模型的粒子滤波器算法相比,该方法在降低对粒子数目需求的同时显著提高了粒子滤波器的估计性能．     

Particle filtering on GPU architectures for manufacturing applications

Particle filters are nonlinear estimators that can be used to detect anomalies in manufacturing processes. Although promising, their high computational cost often prevents their implementation in real-time applications. Recently, the introduction of graphics processing units (GPUs) has enabled the acceleration of computationally intensive processes with their massive parallel capabilities. This article presents the acceleration of the particle filter and the auxiliary particle filter, two of the most important particle methods, on a GPU using NVIDIA CUDA technology. This is illustrated via simulation for a remelting process where the accelerated algorithms return accurate estimates while still being two orders of magnitude faster than the physical process even for calculations that involve millions of particles.     

一种基于非线性滤波的倒立摆控制方法研究

对于倒立摆这样的强非线性系统,采用传统的BP算法存在着收敛速度慢、易陷入局部极小值的缺陷,而采用卡尔曼滤波方法则会带来很大的模型误差。为了解决上述问题,提出了基于粒子滤波优化神经网络的方法。首先建立了倒立摆神经网络控制器的物理模型并将模型粒子化,而后用粒子滤波算法对粒子进行优化估计,将估计结果作为网络的权值应用到倒立摆控制中,采用离线训练方式,仿真比较了卡尔曼滤波和粒子滤波两种方法控制效果,结果表明,新算法较卡尔曼滤波方法在控制性能上有明显提高。     

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。     

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.     

Box particle filtering for nonlinear state estimation using interval analysis

In recent years particle filters have been applied to a variety of state estimation problems. A particle filter is a sequential Monte Carlo Bayesian estimator of the posterior density of the state using weighted particles. The efficiency and accuracy of the filter depend mostly on the number of particles used in the estimation and on the propagation function used to re-allocate weights to these particles at each iteration. If the imprecision, i.e. bias and noise, in the available information is high, the number of particles needs to be very large in order to obtain good performances. This may give rise to complexity problems for a real-time implementation. This kind of imprecision can easily be represented by interval data if the maximum error is known. Handling interval data is a new approach successfully applied to different real applications. In this paper, we propose an extension of the particle filter algorithm able to handle interval data and using interval analysis and constraint satisfaction techniques. In standard particle filtering, particles are punctual states associated with weights whose likelihoods are defined by a statistical model of the observation error. In the box particle filter, particles are boxes associated with weights whose likelihood is defined by a bounded model of the observation error. Experiments using actual data for global localization of a vehicle show the usefulness and the efficiency of the proposed approach.     

基于电动汽车磷酸铁锂动力电池荷电状态 估计方法研究

近几年,磷酸铁锂动力电池逐渐成为电动汽车动力电池首选.但是由于材料本身特性,使得磷酸铁锂电池的荷电状态难以精确估算.当电动汽车处于复杂工作环境时,荷电状态估计在保证电动汽车电池操作中的安全性和可靠性方面起到了至关重要的作用.文章采用戴维宁等效电路模型,验证无迹卡尔曼滤波和粒子滤波两种方法的估算效果,并分别与扩展卡尔曼滤波方法作对比,结果证明无迹卡尔曼滤波和粒子滤波都具有更好的估算精度.     

基于自调整粒子滤波的组合导航方法研究

在非线性模型非高斯噪声条件下,标准粒子滤波在组合系统的观测精度较低时能取得较好的滤波效果,但在高观测精度情况下会导致滤波发散。该文针对这一问题,提出一种自调整粒子滤波方法,根据观测噪声的统计大小,自适应调整似然分布的形状,使之与先验分布重叠的区域更大,有效提高滤波稳定性。将自调整粒子滤波算法应用到组合导航系统中,并在非高斯噪声、观测信息由低观测精度跳变到高观测精度条件下进行了仿真研究,结果表明,该自调整粒子滤波算法在组合导航系统具有高观测精度的情况下依然保持了滤波精度和稳定性。