基于UKF的高斯和滤波算法

介绍了扩展卡尔曼滤波算法和无迹变换（unscented transformation,UT）算法,并对扩展卡尔曼滤波算法（EKF）和无迹卡尔曼滤波算法（UKF）进行比较,阐明了UKF优于EKF。在此基础上,提出了一种基于Unscented变换（UT）的高斯和滤波算法,该算法首先通过合并准则得到适当个数的混合高斯模型,逼近系统中非高斯噪声的概率密度;然后,再通过UT算法进行滤波。最后分别对基于EKF和UKF的滤波方法进行实验,并对实验结果进行比较与分析,验证了算法的有效性和优良性。     

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MCD和局部线性高斯模型的视频跟踪粒子滤波算法

为了提高粒子传播过程中状态空间的质量和视频跟踪算法的精度,提出了一种基于MCD和局部线性高斯模型的粒子滤波算法,这种MCD方法摒弃了传统的像素匹配贡献均等的方式,而是采用像素点间的邻近度作为相似性度量.由于该方法所获得的相关曲面更尖锐,且匹配置信度更高,而局部线性高斯模型则可使得在粒子传播过程中能使用最佳的重要函数,因此两者结合能够实现最佳粒子滤波.由于MCD方法的鲁棒性,从而使得跟踪算法对环境的适应能力和稳定性得到提高.两个仿真实验的结果说明,该算法是可行的与优越的.     

基于高斯和近似的扩展切片高斯混合滤波器及其在多径估计中的应用

全球卫星导航系统(Global navigation satellite system, GNSS)信号的多径估计问题实际上是条件线性状态空间模型下的状态估计问题. 根据高斯和理论提出了适用于非高斯噪声环境的扩展切片高斯混合滤波(Extension of sliced Gaussian mixture filter, ESGMF)算法. 该算法将非高斯噪声的状态概率密度函数(Probability density function, PDF)表示为高斯和的形式,将ESGMF通过一组并行的切片高斯混合滤波器(Sliced Gaussian mixture filter, SGMF)来实现.同时, 在ESGMF算法中利用粒子滤波(Particle filter, PF)中重采样的思想对成指数增加的状态预测PDF的高斯混合个体进行约简, 以提高贝叶斯推理的效率.该算法可以获得非高斯噪声下状态PDF的迭代解析表达式. 最后, 将ESGMF应用于GPS多径参数估计, 仿真结果表明, ESGMF算法的估计精度优于基于PF和扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)的算法.     

基于正则化的高斯粒子滤波算法

针对非线性系统的状态估计问题,提出一种改进的高斯粒子滤波算法。该算法是基于正则化粒子滤波(RPF),将重采样中离散的概率分布函数近似为连续分布,进而在高斯粒子滤波(GPF)中引入正则化粒子滤波算法得到的最新预测值,并利用这一观测值进行状态估计的更新。最后,对RGPF和GPF两种算法进行综合分析和实验仿真,结果表明,与标准GPF算法相比,RGPF具有较高的滤波精度。     

基于高斯加权的GeesePSO改进算法

为了提高粒子群算法的优化性能,通过观察和分析雁群结队飞行的智能群体现象,国内学者提出了基于雁群启示的粒子群优化算法(GeesePSO,GPSO)。该算法虽然在一定程度上提高了PSO算法的性能,但是在GPSO算法中存在着不合理的加权平均机制,即最小值寻优方面的加权缺陷。针对该问题,本文通过采用高斯加权方法对GPSO进行合理改进,提出一种基于高斯加权改进的粒子群优化算法(Gaussian-Weighted GPSO,GWGPSO)。实验结果表明:新算法在收敛精度、收敛速度和鲁棒性等指标上得到了提高,从而证明高斯加权方式是合理的和正确的。     

一种基于混合高斯模型的多目标进化算法

目前,大多数多目标进化算法采用为单目标优化所设计的重组算子.通过证明或实验分析了几个典型的单目标优化重组算子并不适合某些多目标优化问题.提出了基于分解技术和混合高斯模型的多目标优化算法（multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition and mixture Gaussian models,简称MOEA/D-MG）.该算法首先采用一个改进的混合高斯模型对群体建模并采样产生新个体,然后利用一个贪婪策略来更新群体.针对具有复杂Pareto前沿的多目标优化问题的测试结果表明,对给定的大多数测试题,该算法具有良好的效果.     

基于非线性滤波算法的GPS与北斗定位研究

全球导航卫星系统GNSS可以提供全天时的三维位置信息和三维速度信息。传统只靠单一的导航系统不能满足系统的可靠性和完善性。为此提出GPS系统与北斗导航系统兼容定位方法,描述了测量模型和状态模型,并使用平淡卡尔曼滤波进行定位解算,在GPS和北斗导航系统环境下分别进行了单系统和多系统定位的验证、比较与分析。定位实验结果表明,与通用的最小二乘迭代法和扩展卡尔曼滤波等方法获得的结果相比,所提出的算法能获得更高的定位精度。当可见卫星数量发生跳变时,得出的滤波结果具有较高的精度和稳定性,特别是在卫星数比较少的情况下,通过组合两个不能单独定位的系统,可获得更高的融合定位精度。     

基于非线性扩散滤波的指纹增强算法

根据指纹图像的特性提出了一种利用非线性扩散滤波增强指纹图像以提取细节点的方法.该算法利用指纹图像的结构张量构造扩散张量.使得滤波沿着指纹脊线方向扩散.在求解非线性扩散滤波中最重要是怎样选取迭代时间和迭代步长.为了解决这两个问题,根据扩散张量在大小为(2n+1)×(2n+1)窗口上的离散形式,分解扩散滤波为4n个方向的和,然后利用托马斯-高斯消元法在每个方向快速求解非线性滤波后的指纹增强图像.该算法的优点是可以有效地连接断裂脊线,而不会改变指纹脊线的连续性和奇异性.在NIST27数据库及FVC2002数据库上的实验结果表明,基于非线性扩散滤波的指纹增强算法可以有效地提高提取细节点的性能和指纹匹配率.     

基于多观测模型的粒子滤波头部跟踪算法

粒子滤波在非线性和非高斯问题上具有独特的优越性,但在视频跟踪过程中,其跟踪性能却在很大程度上依赖于观测模型的选择。为了解决被跟踪目标特征状态随时间变化而与粒子观测模型不匹配的问题,提出了一种新的粒子滤波算法,即将被跟踪目标的不同特征状态与粒子观测模型相结合,形成一组具有不同观测模型的粒子,并且在跟踪过程中,对应不同观测模型的粒子根据被跟踪目标所表现的特征线索的变化而相互转换,从而动态刻画了被跟踪目标特征变化的过程。实验结果表明,本算法能够有效处理由于头部旋转而导致跟踪性能下降甚至丢失跟踪目标的问题,提高了跟踪的准确性,并且具有较好的鲁棒性。     

基于快速高斯变换的辅助边缘粒子滤波算法

针对辅助粒子滤波算法计算量大,滤波效率较低的问题,提出了一种基于快速高斯变换（Fast Gaussian transform, FGT）的辅助边缘粒子滤波算法。该算法假设状态噪声是加性的,并且是高斯的,这样非线性滤波的Chapman Kolmogorov方程的求解近似于执行了核密度估计（Kerner density estimation, KDE）,从而可将KDE中的快速算法FGT引入,以提高算法的计算效率和实时性。仿真结果表明,该算法利用少数粒子就可以获得与常规粒子滤波相似的误差,大大提高了计算效率。     

基于密度峰值聚类的高斯混合模型算法

由于存在大量服从高斯分布的样本数据,采用高斯混合模型(Gaussian Mixture Models,GMM)对这些样本数据进行聚类分析,可以得到比较准确的聚类结果.通常采用EM算法(Expectation Maximization Algorithm)对GMM的参数进行迭代式估计.但传统EM算法存在两点不足:对初始聚...     

基于高斯混合模型的背景建模球员检测算法

在研究体育视频的问题中,针对现有的运动目标检测方法在体育视频中易受场景变化的影响不能准确检测出运动员,提出了基于高斯混合模型的背景建模的检测算法,并应用于足球视频的球员检测.该算法首先通过预处理操作构建较为静态的背景,并将背景模型作为高斯模型的初始化参数;在模型更新中,通过相邻两帧差分处理,区分出图像变化的区域和未发生变化的区域,不同区域以不同更新率加入到背景帧,更快地实现背景重建;最后通过背景差分实现球员检测.实验结果表明,在场景不规则变化的足球视频中构建的背景有较好的自适应性,球员检测效果不错.     

基于高斯混合模型的多车道车流量检测算法

研究视频的城市交通路口车流量检测准确率的问题,由于车速过慢,有效性差.针对目前的车流量检测算法仅限于单车道车流量检测及准确率低的问题,提出了基于高斯混合模型的多车道车流量检测算法,在交通路口的视频中设定所要检测多个车道的检测带并根据车道线划分车道,运用高斯混合模型对检测带进行背景建模,结合背景差法提取运动车辆,通过垂直投影方法解决车辆断层引起误检的问题,对车身宽度与阈值的比较判断车辆是否通过检测带,实现了多车道车流量检测.实验证明,多车道算法能有效克服断层引起误检的问题,检测车辆准确率高,实时性好,鲁棒性高,为智能交通灯控制提供准确参数.     

基于集合卡尔曼滤波的线性目标跟踪算法

针对目标跟踪系统的非线性问题,将集合预报思想和卡尔曼滤波技术相结合,提出了基于集合卡尔曼滤波的非线性目标跟踪算法,讨论了初始集合的不同选择对跟踪性能带来的影响,实现了与其它常用非线性跟踪算法间的比较.利用到达角和多普勒频率测量数据实现非线性系统中目标跟踪,验证了算法的有效性和可行性.仿真结果表明集合卡尔曼滤波技术能够应用到非线性目标跟踪系统中,并且计算复杂度较低,具有很好的跟踪性能.     

基于改进UKF的GPS非线性动态滤波研究

为了提高动态定位精度,将一种改进的UKF(Unscented galman Filter)算法应用在GPS非线性动态定位解算中.将UKF算法与IEKF(Iterated Improved Kalman Filter)算法相结合,因此保持了基本UKF算法易于实现和收敛速度快的优点,同时由于滤波值是通过迭代扩展的卡尔曼滤波机制得到,进而更新值能更准确的逼近非线性系统状态概率密度函数,具有更高的精度.应用于GPS非线性动态滤波定位中,仿真结果表明:与UKF算法相比,算法能够明显提高定位精度.     

基于非线性滤波算法的高动态GPS定位模型

运动载体上的GPS接收机在高动态环境下运行时,由于接收机与卫星的相对加速度和速度均过大,测得的伪距和多普勒频移均存在较大的误差,而现有的GPS定位模型动态建模较为简单,导致系统在高动态环境下定位精度很低.提出一种改进的GPS系统模型,将接收机加速度信息引入到系统状态变量中进行估计,测量模型和状态模型均随接收到的卫星颗数而动态改变,并使用了平淡卡尔曼滤波进行定位解算,结果证明,使GPS系统在高动态环境下仍能得出较高的定位精度,并有定位模型的有效性和较强的鲁棒性.     

基于车载GPS导航的非线性动态滤波算法

为了提高车载导航定位精度,根据全球定位系统（GPS）的特点,在分析线性滤波算法缺陷的基础上,建立了车载导航动态定位模型,并在通过准确获取后验概率密度函数的均值和方差经过非线性变换修正导航定位位置,给出了一种非线性动态滤波算法。仿真实验表明,与卡尔曼滤波相比,该方法能克服了滤波发散导致结果失真的问题,提高滤波的精度,解决线性滤波算法发散的缺陷。     

基于高斯金字塔的多级滤波

设计了一种用于检测红外图像小目标检测的多级滤波器。采用级联不同级数的滤波器可以将不同大小的候选目标从复杂背景中分离出来。通过图像高斯金字塔的多分辨率处理,能够改善多级滤波器的滤波效果。     

基于粒子滤波与线性自回归的故障预测算法

粒子退化是粒子滤波在故障预测应用中存在的主要问题.针对粒子滤波算法样本贫化问题,提出一种基于粒子滤波与线性自回归的故障预测算法.在算法的状态估计阶段,使用混合状态系统模型和粒子滤波算法对系统状态的概率密度函数进行估计,并实时给出故障发生概率;在算法的状态预测阶段,采用线性自回归模型对故障征兆随时间的演化情况进行估计及修正,同时给出剩余使用寿命的概率密度函数.故障预测仿真实验结果证明了算法的有效性.