粒子滤波在目标跟踪算法中的应用研究

针对非高斯、强噪声背景下的高机动目标实施跟踪时,卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波等算法将出现滤波精度下降甚至发散现象。粒子滤波方法作为一种基于贝叶斯估计的非线性滤波算法,在处理非高斯非线性时变系统的参数估计和状态滤波问题方面有独到的优势。以目标跟踪问题为背景,将粒子滤波与卡尔曼滤波算法进行了对比研究。     

基于增量学习的红外目标粒子滤波跟踪方法

针对红外图像序列中目标与背景的对比度低、灰度特征易受噪声影响等特点,提出了一种基于增量学习目标表观模型和粒子滤波的红外目标跟踪方法。通过在线学习机制,利用增量奇异值分解算法对图像特征空间的基向量进行准确更新,从而建立红外目标的鲁棒表观模型。在此基础上,采用粒子滤波对目标状态进行有效预测,实现了红外目标的有效跟踪。实验结果表明,该方法能有效、准确地跟踪红外图像序列中的运动目标。     

复合K噪声下机动目标跟踪自适应UPF算法

针对复合K噪声下机动目标跟踪系统具有强非线性非高斯的特点,提出了一种自适应无迹粒子滤波(Adaptive Unscented Particle Filter,AUPF)算法.该算法建立在常加速模型及其改进滤波算法基础上,并将无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)与强跟踪滤波(Strong Tracking Filter,STF)算法相结合作为提议分布,提高了系统跟踪一般机动和阶跃机动的能力.在给出复合K噪声模型的基础上,利用AUPF算法对几种典型机动目标进行了计算机仿真,并同无迹粒子滤波(Unscented Particle Filter,UPF)算法进行了比较.仿真结果表明,复合K噪声下AUPF算法能更有效地对各种机动目标进行跟踪,具有较高的跟踪精度.     

基于改进粒子滤波跟踪算法的运动视频跟踪

为了进一步提高目标跟踪的准确率,提出一种基于改进粒子滤波的运动视频跟踪算法。首先,通过高斯混合模型实现动态背景建模,从而降低噪声和局部动态背景的干扰;然后,在RGB颜色直方图分离的基础上,结合粒子滤波和迭代递归实现目标运动检测,提高了前景检测的准确性。仿真试验结果显示,相比典型粒子滤波算法、遗传粒子滤波和DCEM,改进粒子滤波跟踪算法得到的前景目标的轮廓更好,因此运动目标检测精确度更高且处理时间更短。     

基于粒子滤波的红外目标跟踪

粒子滤波(Partic le F ilter)是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效技术.提出了一种基于粒子滤波的红外目标稳健跟踪新方法.在粒子滤波理论框架下,红外目标的状态后验概率分布用加权随机样本集表示,通过这些随机样本的Bayesian迭代进化实现红外目标的跟踪.系统状态转移模型选择为简单的二阶自回归模型,并自适应地确定系统噪声方差.红外目标的描述利用目标区域的灰度分布,该灰度分布通过核概率密度估计建立.通过计算参考目标的灰度分布和目标样本的灰度分布之间的Bhattacharyya距离,建立系统观测概率模型.实验结果表明该方法是有效的和稳健的.     

改进高斯混合粒子滤波被动目标跟踪算法

针对被动传感器跟踪系统非线性较强问题,提出了一种基于改进高斯混合粒子滤波的被动传感器目标跟踪算法。该算法基于Sigma点卡曼滤波和粒子滤波的特点,用有限的高斯混合模型来近似后验状态密度、系统噪声和观测噪声的分布。然后结合遗传算法和EM算法来实现模型的降阶,克服了EM算法假定混合成分数为已知、迭代的结果需要依赖初始值、可能收敛到局部最大点或可能收敛到参数空间的边界的缺点,从而改善粒子枯竭的问题。仿真实验结果表明在被动传感器跟踪领域,与传统粒子滤波、基于EM的高斯混合粒子滤波和基于贪心EM的高斯混合粒子滤波相比,该算法在保持高精度估计能力的同时,具有较强的鲁棒性,是解决非线性系统状态估计问题的一种有效方法。     

非高斯噪声环境的进化粒子滤波盲检测器

对于信道模型系数未知的平坦瑞利衰落信道下非高斯噪声环境中的盲信号检测,提出了一种基于进化粒子滤波的盲检测算法。该算法能够解决一般的粒子滤波对于估计长时间不变的状态存在的样本贫化的问题和系统噪声的非高斯问题。仿真试验结果证明,在信道模型系数未知的平坦衰落信道下,非高斯的噪声环境中,该算法性能优越,接近达到已知信道模型系数情况下的混合卡尔曼滤波算法的性能。     

一种基于粒子滤波的红外弱小目标跟踪方法

研究低信噪比复杂环境下的红外小目标检测和跟踪问题,提出了基于粒子滤波的高斯目标模型跟踪方法。粒子滤波是一种在非线性和非高斯情形下进行跟踪的强有力方法。将状态粒子决定的区域所对应的灰度分布与参考模型灰度分布相比较,得出最佳的后验估计。运用最佳粒子方法确定目标的坐标,实现跟踪、对真实红外图像序列的实验表明,该算法可成功跟踪和检测信噪比为1的小目标。     

一种新的基于粒子滤波的多模型跟踪算法

粒子滤波技术通过非参数化的蒙特卡罗模拟方法实现递推贝叶斯滤波,适用于非线性目标运动模型、非线性传感器测量模型和非高斯噪声的目标跟踪。但需已知目标和量测模型,而实际情况往往难以满足此条件。交互多模型算法(IMM)依据各模型对目标前一时刻状态估计的方差,确定各模型在当前时刻状态下存在的概率,利用各模型对目标状态估计的加权和,确定目标的状态。本文采用粒子滤波代替IMM算法中各模型的Kalman滤波,将粒子滤波与IMM的优点相结合。同时,采用UKF(UnscentedKalmanFilter)产生粒子,由于考虑了当前量测,使得粒子的分布更加接近后验概率分布,用较少的粒子就可以逼近目标的真实状态。仿真实验结果表明,本算法可用于标准IMM算法无法实现跟踪的复杂情形,而且使用的粒子数目仅是同类算法的二十分之一。     

基于自适应粒子滤波算法的对海跟踪研究

机载雷达对海面慢速运动目标跟踪时存在非高斯非线性状态估计问题,传统的卡尔曼滤波器跟踪不仅会产生目标定位偏差,而且会造成航迹起伏。文中将自适应粒子滤波算法应用到具有闪烁噪声背景下的海面目标跟踪问题中,此算法可根据预测粒子在状态空间中的分布情况自适应选择粒子数量,从而在保证跟踪精度的同时减少了算法的运算量。仿真结果表明,自适应粒子滤波器可实现对闪烁噪声背景下的慢速目标高精度定位跟踪,且跟踪性能优于标准粒子滤波器,具有工程实用价值。     

杂波环境下被动多传感器机动目标跟踪新算法

针对杂波环境被动传感器机动目标跟踪问题,该文研究了一种基于粒子滤波的被动多传感器机动目标跟踪新算法。 在该算法中,首先推导了杂波环境下粒子滤波的似然函数表达式。其次将粒子滤波与交互多模型(IMM)相结合,用IMM方法实现模型的切换,以适应目标的机动变化。用粒子滤波实现对观测方程的非线性处理。最后,建立了被动多传感器的非线性观测模型,避免了目标的不可观测性,并且算法还能够处理非高斯噪声情况。仿真实验结果表明,提出的算法能够有效地对被动机动目标跟踪,且性能优于交互多模型概率数据关联滤波器(IMM-PDAF)。     

基于后验噪声的贝叶斯鲁棒卡尔曼滤波器

目标跟踪的精度取决于滤波器的性能,但在许多实际的毫米波雷达测量场景中,模型及相关参数的不确定会导致传统滤波器的性能下降。为了应对这种情况,基于贝叶斯准则设计了一种鲁棒卡尔曼滤波器。利用Metropolis Hastings算法,从不确定噪声参数的似然函数中采样并以样本分布来近似后验噪声分布,然后计算其统计平均值,并借助后验噪声统计量扩展了经典卡尔曼滤波器。另外,针对采样时提议分布（Proposal Distribution）难以确定的问题,提出了一种提议分布自适应方法,即利用离散Fréchet距离来评价候选分布与先验分布变化趋势的相似性,然后选取相似性最大的候选分布为提议分布。通过处理毫米波雷达的测量数据证明了该滤波器在应对观测噪声不确定的场景时性能优越。     

基于空间直方图的海杂波背景下红外目标跟踪

空间直方图融合了目标的灰度分布信息和灰度的空间分布信息,比传统的灰度直方图更具有目标鉴别能力。为实现海杂波背景下稳健跟踪红外目标,本文在基于粒子滤波算法的红外目标跟踪系统框架中,将加权样本集表示红外目标的状态后验概率分布;采用简单的随机漂移模型表示系统状态模型;利用目标区域的空间直方图描述红外目标,其中通过核概率密度估计建立红外目标的灰度分布,然后统计灰度分布的空间信息建立空间直方图;通过空间直方图的相似度定义来建立系统观测概率模型,最终提出一种在海杂波背景下的基于空间直方图的粒子滤波红外目标跟踪算法。实     

闪烁噪声环境下的机载雷达对海跟踪研究

建立了闪烁噪声环境下,机载雷达对海跟踪模型,比较了代价函数修正法和粒子滤波算法在机载雷达对海跟踪中的滤波性能.仿真结果表明:粒子滤波算法具有更高的跟踪精度和更强的适应性,在得不到闪烁噪声准确先验信息的条件下,依然能保持较好的跟踪性能.     

基于有限差分扩展卡尔曼粒子滤波的多特征自适应融合的目标跟踪算法研究

针对复杂环境下目标跟踪问题,提出了一种基于 有限差分扩展卡尔曼粒子滤波的多 特征自适应融合跟踪算法。采用有限差分扩展卡尔曼滤波器对采样粒子集合进行滤波更新, 通过融入最新观测信息的方法消弱权值退化现象;在新算法的框架内,利用目标静态和动态 互补特征作为观测量,实现不同环境下目标的多特征自适应融合跟踪。实验结果表明,本文 方法具有较好的跟踪精度和抗噪声干扰能力。     

一种Camshift优化的粒子滤波跟踪算法

针对传统粒子滤波目标跟踪算法中用先验转移概率作分布函数时计算量大、粒子退化严重且未考虑最新观察信息等缺点,提出了一种Camshift优化的粒子滤波跟踪算法.算法首先在粒子滤波框架下,利用Camshift算法使粒子向目标状态的最大后验核密度估计方向移动.然后针对目标所处环境的不同,提出了适时调整参与Camshift算法优化的粒子数的方法,既考虑了跟踪算法的效率又考虑了粒子的多样性.跟踪结果表明,该算法的跟踪性能明显优于传统的粒子滤波算法,具有很好的实时性和鲁棒性.     

Alpha稳定分布噪声中的韧性投影 近似子空间跟踪算法

 为了克服投影近似子空间跟踪算法(PAST)在脉冲噪声环境下性能的退化,本文以Alpha 稳定分布为脉冲噪声模型,依据韧性的M估计方法提出了一种新的代价函数,并推导出基于递归最小M估计的韧性投影近似自适应信号子空间跟踪算法(RLM_-PAST).由于采用了适合噪声模型的M估计函数,新算法与采用递归最小二乘估计的子空间跟踪算法相比,在稳定分布脉冲噪声环境下具有更好的性能.把新方法应用于波达方向(DOA)估计,数值仿真结果表明了该算法的有效性.     

一种冲击噪声背景下稳健的目标方位估计方法

大气噪声、海杂波噪声和很多人为噪声的分布函数具有显著的拖尾特点,如果在这样的噪声环境下进行空间谱估计,还采用基于高斯噪声的模型,则会产生明显的性能退化。因此,针对这种冲击噪声条件下基于高斯噪声模型的目标检测方法性能退化的问题,提出了一种新的稳健的目标方位估计方法。在ROC-MNM算法基础上,通过采用共变矩阵对角加载的方法,提出了一种新的DROC-MNM算法。该方法可有效克服噪声对波束增益的影响,提高了目标的分辨力。仿真实验证明了所提出方法的有效性。     

基于正则化观测矢量的H无穷粒子滤波红外目标跟踪方法

提出了一种新颖和鲁棒的红外图像序列中的目标跟踪方法。由于H无穷滤波器在系统噪声源不能确定或是未知的情况下具有较好的预测性能,所以以其估计得到的预测信息来分配粒子滤波算法的粒子。为解决粒子滤波的“采样枯竭”问题,正则化了H无穷粒子滤波器的观测矢量。同时,通过计算每个目标的亮度和局部标准差分布构成级联核的目标模型,以用于计算粒子集中各个粒子的加权值。对于目标的尺寸和表观信息变化的情况,以目标区域像素灰度值零阶矩的函数来调整跟踪窗口的大小,模型更新则通过更新目标模型的每个量化阶来实现。实验结果证明了所提出的红外图像目标跟踪方法是有效的,并且优于所比较的算法。