一种改进粒子滤波算法及其在多径估计中的应用

针对传统粒子滤波存在的粒子枯竭问题,提出一种基于自适应差分进化的粒子滤波算法。利用自适应差分进化算法代替粒子滤波中的重采样策略来产生新粒子,使粒子向状态后验概率密度函数的高似然区移动,同时提高粒子的多样性。通过一种非线性自适应调节策略自适应地调整变异因子和交叉因子,以提高改进粒子滤波中差分进化的寻优能力。应用于多径估计的仿真结果表明,该算法可克服粒子枯竭问题,与粒子滤波、扩展卡尔曼滤波和差分进化的粒子滤波算法相比,具有更好的多径估计性能。     

基于精确稀疏扩展信息滤波的粒子滤波SLAM算法研究

传统粒子滤波算法的单次迭代过程以及小权值粒子在重采样中被删除都使得机器人位姿的历史信息不能充分利用,因而会出现粒子的退化现象,从而导致滤波算法的估计精度较低。本文提出基于精确稀疏扩展信息滤波的粒子滤波SLAM算法,利用精确稀疏扩展信息滤波的信息矩阵反映机器人位姿相对变化的同时,也对应于状态后验概率的条件概率的性质,应用Gibbs采样直接从SLAM完全后验分布产生样本,充分利用了信息矩阵包含的不确定信息,粒子分布均匀,且保持了多样性,缓解了粒子退化现象。实验结果表明所提算法的粒子集能够更好地描述真实后验分布,显著提高了SLAM算法的估计精度。     

基于权值优选的改进二阶中心差分粒子滤波算法

针对标准粒子滤波算法难以解决的粒子退化问题和样本贫化现象，提出了基于权值优选的改进二阶中心差分粒子滤波算法。该算法主要从以下两方面进行改进：首先采用二阶中心差分滤波方法通过协方差矩阵的平方根来产生重要性密度函数，从而解决粒子退化问题；然后通过重采样方法的利用权值优选的思想来增加粒子集的多样性，有效避免了样本贫化的现象。仿真结果表明：该算法状态估计结果更加接近目标真实的状态估计，平均均方根误差也更低，跟踪效果更佳，同时保持了较高的运算效率。     

基于改进扩展卡尔曼粒子滤波的目标跟踪算法*

针对扩展卡尔曼粒子滤波算法滤波精度较低和粒子退化的问题,将马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法和扩展卡尔曼粒子滤波相结合,应用于目标跟踪。该算法利用扩展卡尔曼滤波来构造粒子滤波的建议分布函数,使建议分布函数能够融入最新的观测信息,以便得到更符合真实状态的后验概率分布,同时引入MCMC方法对所选的建议分布进行优化处理,使抽样粒子更加多样性。仿真结果表明,该算法能有效地解决粒子贫化问题并提高滤波精度。     

一种改进的粒子滤波算法及其在GPS/DR组合定位中的应用

针对粒子滤波的重要性密度函数选择问题,提出一种基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)的改进粒子滤波算法。该方法利用集合卡尔曼滤波产生粒子滤波在每一时刻各粒子的重要性密度函数,在融合最新观测信息的同时,使重要性密度函数更加符合状态的真实后验概率分布。为消除样本枯竭现象,对重采样后的粒子进行马尔科夫链蒙特卡洛处理。在仿真实验中,将新算法用于GPS/DR组合定位系统,与粒子滤波、扩展卡尔曼粒子滤波以及无迹粒子滤波进行比较。仿真结果表明,该算法的估计精度高于传统粒子滤波算法,同时其能够有效控制计算量,并且在粒子数目较少时仍能保证较好的估计性能。     

基于稀疏扩展信息滤波和粒子滤波的SLAM算法

针对传统粒子滤波算法单次迭代过程中仅应用到当前的信息,且小权值粒子代表的信息在重采样中被删除而导致信息不能充分利用的问题,提出了稀疏扩展信息滤波和粒子滤波相结合的同时定位与地图创建（SLAM）算法,信息矩阵记忆了机器人位姿的历史信息,应用Gibbs采样重新获得粒子集,使粒子集能够更好地描述后验分布,提高算法的状态估计精度。大量的Monte-Carlo仿真实验验证了该算法中机器人定位精度较FastSLAM2.0算法提高80%左右。     

改进型粒子滤波算法在多站纯方位被动跟踪中的应用

针对多站纯方位被动定位与跟踪问题,给出了一种基于均匀重采样和带白适应因子的改进型粒子滤波算法．首先,基于无迹卡尔曼（UKF）粒子滤波器,将参考分布融入最新观测信息,得到符合真实状态的后验概率分布：借助重采样和使用鲁棒估计,改善了粒子滤波的退化问题．其次,引入自适应因子以调整UKF的状态模型协方差与观测模型协方差的比例,得到较高精度的概率分布．仿真结果表明,改进的粒子滤波算法能够实现多站纯方位被动跟踪,比传统非线性滤波器有更高的跟踪精度．     

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.     

一种基于SVM重采样的似然粒子滤波算法

针对弱观测噪声条件下非线性、非高斯动态系统的滤波问题,提出一种基于支持向量机的似然粒子滤波算法.首先,采用似然函数作为提议分布,融入最新的观测信息,比采用先验转移密度的一般粒子滤波算法更接近状态的真实后验密度;然后,利用当前粒子及其权值,使用支持向量机估计出状态的后验概率密度模型;最后,根据此模型重采样更新粒子集,有效地克服粒子退化现象并提高状态估计精度.仿真结果表明了所提出算法的可行性和有效性.     

一种用于解决非线性滤波问题的新型粒子滤波算法

粒子滤波算法受到许多领域的研究人员的重视,该算法的主要思想是使用一个带有权值的粒子集合来表示系统的后验概率密度.在扩展卡尔曼滤波和Unscented卡尔曼滤波算法的基础上,该文提出一种新型粒子滤波算法.首先用Unscented卡尔曼滤波器产生系统的状态估计,然后用扩展卡尔曼滤波器重复这一过程并产生系统在k时刻的最终状态估计.在实验中,针对非线性程度不同的两种系统,分别采用5种粒子滤波算法进行实验.结果证明,文中所提出的算法的各方面性能都明显优于其他4种粒子滤波算法.     

一种改进中心差分卡尔曼滤波方法

针对中心差分卡尔曼滤波（CDKF）跟踪时估计精度较低这一不足,提出了一种基于迭代测量更新的中心差分卡尔曼滤波（ICDKF）方法。本文将迭代滤波理论引入到中心差分卡尔曼滤波算法中,重复利用观测信息,采用经典的非线性非高斯模型进行仿真实验,给出了该算法与扩展卡尔曼滤波（EKF）、中心差分卡尔曼滤波（CDKF）的仿真结果,并分析了其跟踪性能和均方根误差。实验结果表明,迭代中心差分卡尔曼滤波（ICDKF）算法不仅具有无需计算Jacobian矩阵的优点,而且具有更高的估计精度。     

On the choice of importance distributions for unconstrained and constrained state estimation using particle filter

Recursive state estimation of constrained nonlinear dynamical system has attracted the attention of many researchers in recent years. For nonlinear/non-Gaussian state estimation problems, particle filters have been widely used (Arulampalam et al. [1]). As pointed out by Daum [2], particle filters require a proposal distribution and the choice of proposal distribution is the key design issue. In this paper, a novel approach for generating the proposal distribution based on a constrained Extended Kalman filter (C-EKF), Constrained Unscented Kalman filter (C-UKF) and constrained Ensemble Kalman filter (C-EnkF) has been proposed. The efficacy of the proposed state estimation algorithms using a particle filter is illustrated via a successful implementation on a simulated gas-phase reactor, involving constraints on estimated state variables and another example problem, which involves constraints on the process noise (Rao et al. [10]). We also propose a state estimation scheme for estimating state variables in an autonomous hybrid system using particle filter with Unscented Kalman filter as a proposal and unconstrained Ensemble Kalman filter (EnKF) as a proposal. The efficacy of the proposed state estimation scheme for an autonomous hybrid system is demonstrated by conducting simulation studies on a three-tank hybrid system. The simulation studies underline the crucial role played by the choice of proposal distribution in formulation of particle filters.     

带非线性约束的自适应高斯和卡尔曼滤波目标跟踪算法

无线传感网络中运动目标状态通常满足某种非线性状态约束,为了提高对传感网络中运动目标的跟踪精度,降低非高斯噪声对状态估计的影响,避免高斯项数在迭代过程中的冗余累积,提出一种带非线性约束的权值自适应高斯和卡尔曼滤波算法.算法在每个时刻计算目标当前状态的高斯子项集合,并对每个高斯子项分别以无迹卡尔曼滤波进行状态估计.设计了一种高斯子项权值自适应策略动态调节子项权值,以实现无约束状态下的全局估计.将目标的非线性状态约束引入滤波器结构中时,考虑将其看作一类无约束状态估计的约束投影问题,通过状态约束信息先验来修正运动目标的状态估计.仿真结果表明,该算法与目前的非线性约束卡尔曼滤波相比具有更高的跟踪精度.     

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。     

一种改进的粒子滤波算法及其性能分析

针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题,提出了一种改进的粒子滤波算法。该算法采用Unscented卡尔曼滤波器（UKF）产生系统的状态估计,并在量测更新过程中加入衰减记忆因子,消弱滤波器对历史信息的依赖,增强当前量测信息对滤波器的修正作用,从而产生一个优选的建议分布函数,较好地抑制了粒子退化问题。理论分析和实验表明：引入记忆衰减因子的粒子滤波,即衰减记忆无味粒子滤波（MAUPF）的性能明显优于标准的粒子滤波以及Unscented粒子滤波。     

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。     

高斯粒子群优化粒子滤波检测前跟踪算法

针对低信噪比时标准粒子滤波对弱小目标的检测与跟踪时存在的粒子贫乏、跟踪精度对粒子数目要求高等问题,提出一种基于高斯粒子群优化粒子滤波的弱小目标检测前跟踪算法。利用高斯粒子群优化算法优化重采样后的粒子集,使粒子集朝着后验概率密度分布取值较大的区域运动,增加粒子的多样性,克服了粒子贫乏问题,并在保证跟踪精度的前提下降低了跟踪所需要的粒子数目,提高了标准粒子滤波算法的检测和跟踪性能。同时,建立了检测前跟踪系统的观测模型和系统模型,对基于标准粒子滤波检测前跟踪算法和优化算法进行仿真,仿真实验结果表明高斯粒子群优化粒子滤波的检测前跟踪算法相比基于标准粒子滤波的检测前跟踪算法具有更好的检测与跟踪性能。     

一种新型高精度非线性滤波算法研究

针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题,提出了一种新的高精度粒子滤波算法。该算法通过引入积分修正因子,对积分卡尔曼滤波器的积分点进行在线修正,并采用修正后的积分卡尔曼滤波产生优选的建议分布函数,由于高精度地融入最新量测信息,一定程度上克服了权值退化问题。仿真实验表明,新算法具有较高的滤波精度,是一种有效的非线性滤波算法。     

短波突发通信中盲载波恢复及符号检测技术

针对传统短波突发通信中载波恢复及符号检测问题,提出了一种基于粒子滤波的无辅助数据的算法。首先利用贝叶斯准则实现收发频率差的最大后验估计,然后通过粒子滤波算法实现载波相位和调制符号的最小均方误差估计。算法中使用了序列重要性采样技术实现粒子权值的迭代更新和系统重采样技术防止粒子权重的衰退。仿真分析了高斯白噪声信道下的载波恢复性能,结果表明,基于粒子滤波的载波恢复算法载波恢复时间短,同步速度快,恢复频率范围广。建立以Watterson模型为基础的短波通信系统模型,通过该模型在不同的信道状态、信噪比和频偏条件下进行了仿真实验。结果表明在大频差的条件下,算法也具有良好的符号检测性能。     

基于灰色预测模型和粒子滤波的视觉目标跟踪算法

结合灰色预测模型和粒子滤波,提出一种新的视觉目标跟踪算法.由于粒子滤波未考虑先验信息对建议分布产生的指导作用,不能很好地逼近后验概率分布,对此,采用历史状态估计序列作为先验信息,建立该序列的灰色预测模型来预测产生建议分布.与粒子滤波、卡尔曼粒子滤波和无迹粒子滤波进行对比实验,结果表明所提出的算法在视觉目标跟踪中具有更好的性能.