自适应UKF算法在目标跟踪中的应用

针对目标跟踪中系统噪声统计特性未知导致滤波发散或者滤波精度不高的问题, 提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF)算法.该算法在滤波过程中,利用改进的Sage-Husa估 计器在线估计未知系统噪声的统计特性,并对滤波发散的情况进行判断和抑制, 有效提高了滤波的数值稳定性,减小了状态估计误差. 仿真实验结果表明,与标准UKF算法相比,自适应UKF算法明显改善了目标跟踪的精度和稳定性.     

动力锂电池SOC估计仿真研究

针对传统的无迹卡尔曼滤波算法(UKF)估计动力锂电池荷电状态(SOC)时,由于滤波迭代过程中系统噪声不确定,可能导致估计结果精度欠佳的问题,提出一种改进的自适应无迹卡尔曼滤波算法(AUKF)动态地估计锂离子电池的SOC.算法以UKF算法为基础,引入改进的Sage-Husa自适应滤波算法,利用观测数据进行滤波递推的同时,实时更新系统噪声的统计特性.以等效电路模型为基础,采用递推最小二乘法辨识模型参数,应用AUKF算法对电池SOC进行估算,并从实际工况进行仿真验证分析.仿真结果表明,上述算法有效的提高了估计精度,误差稳定性较高.     

传感器故障条件下的自适应UKF 算法

针对目标跟踪中传感器故障导致滤波发散或者滤波精度不高的问题, 提出一种自适应无迹卡尔曼滤波(UKF) 算法. 该算法在滤波过程中, 根据自适应估计原理引入自适应矩阵因子, 实时调整系统状态向量和量测新息向量的协方差, 以满足无迹卡尔曼滤波算法的最优性条件, 并采取措施对滤波发散的情况进行判断和抑制. 与传统UKF和已有自适应UKF算法相比, 该自适应UKF算法显著提高了滤波精度和数值稳定性, 且具有应对传感器故障的自适应能力. 仿真实验结果表明了所提出算法的有效性.

     

基于高斯分布的多层无迹卡尔曼滤波算法

在传统无迹卡尔曼滤波(UKF) 中对其估计精度和计算效率起关键作用的是采样算法, 即构造具有权重的样本点. 研究表明, 带权样本点匹配随机变量的阶矩越高滤波的精度越高, 如多项式无迹卡尔曼滤波(PUKF), 但通常此类算法的复杂度过高甚至难以求解. 为此, 基于高斯分布结合高阶矩匹配与无迹卡尔曼滤波线性扩张方 法(LUKF), 提出一种兼顾效率和精度的高斯滤波离线算法. 实验结果表明, 所提出算法拥有比UKF 更高的估计精度和比PUKF 更好的计算效率.

     

基于WT-UKF 的PDR/GPS 组合定位算法

针对行人航迹推算(PDR) 与全球定位系统(GPS) 组合定位问题, 提出一种基于小波变换(WT) 的无迹卡尔曼滤波(UKF) 改进算法, 对PDR 和GPS 定位结果进行数据融合. 建立PDR/GPS 组合定位系统数学模型, 采用小波变换对运动加速度信号噪声特性进行在线估计, 以更新UKF 的协方差矩阵. 所提出的WT-UKF 滤波算法弥补了传统UKF 算法因人为假定信号噪声为高斯白噪声而影响滤波效果和精度的缺陷. 实验结果表明, 使用WT-UKF 滤波算法对PDR/GPS 进行数据融合时稳定性更强, 精度更高.     

闪烁噪声下的自适应无迹卡尔曼算法

针对非高斯噪声环境下过程噪声统计特性未知时机动目标跟踪精度不高甚至发散的问题,提出了一种应用EM算法和无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)相结合的方法。该方法借助EM算法估计出较准确的过程噪声参数,再使用无迹卡尔曼滤波算法获得高精度的目标运动状态。仿真实验结果表明,该方法可以有效抑制滤波发散并显著提高跟踪精度。     

区间量测下基于无迹变换的伯努利粒子滤波算法

针对区间量测下目标的实时检测与跟踪问题,提出基于无迹变换的伯努利粒子滤波算法(Bernoulli- Upf).该算法在伯努利粒子滤波算法(Bernoulli-pf)的基础上融合无迹卡尔曼滤波(UKF),融合后的算法在预测步骤产生持续存活粒子时,充分考虑到当前时刻的量测,从而引导粒子向高似然区域移动,使得粒子分布更加接近真实状态的后验分布.仿真实验表明,Bernoulli-Upf算法的估计精度优于Bernoulli-pf算法.     

基于正交差分演化无迹卡尔曼滤波的短时交通流量预测算法

针对复杂交通路段下的短时交通流量模型的参数估计问题,建立了基于宏观交通流量预测的状态空间模型,提出了基于正交自适应差分演化的无迹卡尔曼滤波(UKF)算法,解决交通流量预测动态模型的参数优化问题.对差分演化算法(DE)的初始化过程,使用基于正交设计和量化技术的交叉算子最大限度地提高种群的多样性,平衡差分演化算法的开采性和勘探性,更高效地搜索无迹卡尔曼滤波的模型参数.并针对UKF、DE的不同情况,分别采用不同的自适应策略提高调节算法性能.实验结果表明,相对于单独使用随机分布的方式初始化,或者根据经验设置模型参数的方法,使用正交设计方法的初始化策略、变异算子以及参数自适应控制策略的差分演化算法能够有效地节省计算资源,提升预测性能和精度,具有更高的鲁棒性.     

火箭飞行测控数据野值处理及其无迹Kalman滤波

为了提高火箭飞行测量数据处理的精度,提出一种用于非线性系统的、抗野值的、基于无迹变换的Kalman滤波算法的改进方法——抗野值的无迹卡尔曼滤波算法（UKF）,对火箭飞行测控系统中的目标进行位置及运行轨迹估计。该算法以少量的采样点表示随机变量的分布,通过非线性系统传播,实时地对滤波增益进行调整,将检测数据中的野值剔除。将算法应用于航天测控系统跟踪运载火箭系统中,通过Monte Carlo仿真,说明改进的方法能有效地消除野值对测控系统检测数据处理的影响,提高了滤波精度。     

面向增强现实的多传感器组合位姿注册算法

持续稳定的准确注册是构建增强现实系统的关键,为提高跟踪注册的稳定性和精度,提出了一种基于互补滤波(CF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)的多传感器融合注册方案.该算法采用互补滤波器融合陀螺仪、加速度计和地磁感应计数据估计摄像头姿态;在处理视觉图像时,结合惯性姿态数据进行图像特征匹配;利用UKF融合视觉和惯性数据进行摄像头位置估计.实验表明:该算法在跟踪稳定性、精度、效率和抗干扰能力均优于传统的基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的融合算法.     

Two hybrid differential evolution algorithms for engineering design optimization

This paper presents two hybrid differential evolution algorithms for optimizing engineering design problems. One hybrid algorithm enhances a basic differential evolution algorithm with a local search operator, i.e., random walk with direction exploitation, to strengthen the exploitation ability, while the other adding a second metaheuristic, i.e., harmony search, to cooperate with the differential evolution algorithm so as to produce the desirable synergetic effect. For comparison, the differential evolution algorithm that the two hybrids are based on is also implemented. All algorithms incorporate a generalized method to handle discrete variables and Deb's parameterless penalty method for handling constraints. Fourteen engineering design problems selected from different engineering fields are used for testing. The test results show that: (i) both hybrid algorithms overall outperform the differential evolution algorithms; (ii) among the two hybrid algorithms, the cooperative hybrid overall outperforms the other hybrid with local search; and (iii) the performance of proposed hybrid algorithms can be further improved with some effort of tuning the relevant parameters.     

基于无迹卡尔曼滤波的机器人手眼标定

提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)的机器人在线手眼标定算法来求解齐次变换矩阵方程AX =XB.建立手眼标定的隐式马尔可夫模型(HMM),并对它进行无迹卡尔曼滤波,从而对标定参数的状态进行递归贝叶斯估计和实时可视化处理.蒙特卡洛仿真结果表明,在小高斯噪声、较大高斯噪声以及非等方向性高斯噪声模型下,本文算法估计结果的精确...     

An improved global-best harmony search algorithm for faster optimization

In this paper, an improved global-best harmony search algorithm, named IGHS, is proposed. In the IGHS algorithm, initialization based on opposition-based learning for improving the solution quality of the initial harmony memory, a new improvisation scheme based on differential evolution for enhancing the local search ability, a modified random consideration based on artificial bee colony algorithm for reducing randomness of the global-best harmony search (GHS) algorithm, as well as two perturbation schemes for avoiding premature convergence, are integrated. In addition, two parameters of IGHS, harmony memory consideration rate and pitch adjusting rate, are dynamically updated based on a composite function composed of a linear time-varying function, a periodic function and a sign function in view of approximate periodicity of evolution in nature. Experimental results tested on twenty-eight benchmark functions indicate that IGHS is far better than basic harmony search (HS) algorithm and GHS. In further study, IGHS has also been compared with other eight well known metaheuristics. The results show that IGHS is better than or at least similar to those approaches on most of test functions.     

基于极大似然准则和最大期望算法的自适应UKF 算法

针对噪声先验统计特性未知情况下的非线性系统状态估计问题,提出了基于极大似然准则和 最大期望算法的自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF) 算法.利用极大似然准则构造含有噪声统计特性的对数似然函数,通 过最大期望算法将噪声估计问题转化为对数似然函数数学期望极大化问题,最终得到带次优递 推噪声统计估计器的自适应UKF算法.仿真分析表明,与传统UKF算法相比,提出的自适应UKF算法 有效克服了传统UKF算法在系统噪声统计特性未知情况下滤波精度下降的问题,并实现了系统噪 声统计特性的在线估计.     

A SLAM based on auxiliary marginalised particle filter and differential evolution

FastSLAM is a framework for simultaneous localisation and mapping (SLAM) using a Rao-Blackwellised particle filter. In FastSLAM, particle filter is used for the robot pose (position and orientation) estimation, and parametric filter (i.e. EKF and UKF) is used for the feature location's estimation. However, in the long term, FastSLAM is an inconsistent algorithm. In this paper, a new approach to SLAM based on hybrid auxiliary marginalised particle filter and differential evolution (DE) is proposed. In the proposed algorithm, the robot pose is estimated based on auxiliary marginal particle filter that operates directly on the marginal distribution, and hence avoids performing importance sampling on a space of growing dimension. In addition, static map is considered as a set of parameters that are learned using DE. Compared to other algorithms, the proposed algorithm can improve consistency for longer time periods and also, improve the estimation accuracy. Simulations and experimental results indicate that the proposed algorithm is effective.     

A Filtering Approach Based on MMAE for a SINS/CNS Integrated Navigation System

This paper explores multiple model adaptive estimation (MMAE) method, and with it, proposes a novel filtering algorithm. The proposed algorithm is an improved Kalman filter-multiple model adaptive estimation unscented Kalman filter (MMAE-UKF) rather than conventional Kalman filter methods, like the extended Kalman filter (EKF) and the unscented Kalman filter (UKF). UKF is used as a subfilter to obtain the system state estimate in the MMAE method. Single model filter has poor adaptability with uncertain or unknown system parameters, which the improved filtering method can overcome. Meanwhile, this algorithm is used for integrated navigation system of strapdown inertial navigation system (SINS) and celestial navigation system (CNS) by a ballistic missile's motion. The simulation results indicate that the proposed filtering algorithm has better navigation precision, can achieve optimal estimation of system state, and can be more flexible at the cost of increased computational burden.      

一种基于UKF改进算法的组合导航系统故障的检测方法

为了缩短组合导航故障检测的时间, 提高检测准确性, 在残差χ²检验法理论基础上, 对无迹卡尔曼滤波（UKF）进行研究。采用一种基于混合滤波思想的UKF, 该算法在时间更新步骤分为两个阶段, 利用线性方程得到状态的一步预测值并由此构造Sigma点, 通过求取Sigma点加权和来实现对量测值的一步预测, 降低了计算量。采用改进算法和标准UKF算法对含有故障的GPS/INS组合导航模型进行故障检测。仿真实验表明, 改进的算法能够更迅速地检测出故障, 有利于提高导航系统的稳定性, 在工程应用中有重要意义。     

一种求解多模态复杂问题的混合和声差分算法

针对多模态复杂优化问题,提出了一种基于和声搜索和差分进化的混合优化算法:HHSDE算法。在不同的进化阶段,HHSDE算法依据累积加权更新成功率来自适应地选择和声算法或差分算法作为更新下一代种群的方式,并改进了差分算法的变异策略来平衡差分算法的全局与局部搜索能力。通过对10个多模态Benchmark函数进行测试,利用Wilcoxon秩和检验对不同算法的计算结果进行比较,结果表明HHSDE算法具有收敛速度快,求解精度高,稳定性好等优势。     

基于克隆选择的差分进化算法及其在SVM中的应用

支持向量机参数是影响其性能的重要因素,但对支持向量机核参数的选取仍没有形成一套成熟的理论,从而严重影响了其广泛的应用。将克隆选择算法引入差分进化算法,对基本克隆选择算法和差分进化算法中的策略进行改进。将两种改进的算法进行融合,提出了一种基于克隆选择的差分进化算法,并将其应用于SVM核参数的优化中。测试结果表明,该算法不仅可以有效避免差分进化算法易早熟收敛的问题,而且寻优能力得到显著提高;在UCI数据库wine数据中的应用表明,利用克隆选择差分进化算法优化SVM核参数加快了参数搜索的速度,提高了SVM预测精度和泛化能力,具有较高的分类准确率和较好的推广性能。