Direct tracking of noncircular sources for multiple arrays via improved unscented particle filter method

Direct tracking problem of moving noncircular sources for multiple arrays is investigated in this study. Here, we propose an improved unscented particle filter (I-UPF) direct tracking method, which combines system proportional symmetry unscented particle filter and Markov Chain Monte Carlo (MCMC) algorithm. Noncircular sources can extend the dimension of sources matrix, and the direct tracking accuracy is improved. This method uses multiple arrays to receive sources. Firstly, set up a direct tracking model through consecutive time and Doppler information. Subsequently, based on the improved unscented particle filter algorithm, the proposed tracking model is to improve the direct tracking accuracy and reduce computational complexity. Simulation results show that the proposed improved unscented particle filter algorithm for noncircular sources has enhanced tracking accuracy than Markov Chain Monte Carlo unscented particle filter algorithm, Markov Chain Monte Carlo extended Kalman particle filter, and two-step tracking method.     

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.     

Road-sign detection and tracking

In a visual driver-assistance system, road-sign detection and tracking is one of the major tasks. This study describes an approach to detecting and tracking road signs appearing in complex traffic scenes. In the detection phase, two neural networks are developed to extract color and shape features of traffic signs from the input scenes images. Traffic signs are then located in the images based on the extracted features. This process is primarily conceptualized in terms of fuzzy-set discipline. In the tracking phase, traffic signs located in the previous phase are tracked through image sequences using a Kalman filter. The experimental results demonstrate that the proposed method performs well in both detecting and tracking road signs present in complex scenes and in various weather and illumination conditions.     

基于阵列单通道的机动目标DOA跟踪方法

针对现有利用阵列单通道系统对机动目标跟踪精度不高,实时性差等不足,提出了一种新的基于改进粒子滤波算法的阵列单通道机动目标波达方向(direction of arrival, DOA)跟踪方法。该方法首先在利用接收机轮流采样建立数学模型的基础上,建立跟踪模型。然后,利用粒子群优化算法对马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)粒子滤波算法的重采样环节进行优化处理,给出了一种交互MCMC粒子滤波算法,该算法克服了传统粒子滤波算法粒子退化及样本贫化的固有缺陷。最后利用该算法求解跟踪方程,实现了实时DOA估计。理论分析与仿真结果表明,本文方法可实现基于阵列单通道的DOA跟踪与波束形成一体化,且能够处理相干信号,与标准粒子滤波和子空间类算法相比,收敛速度快,跟踪精度高。      

基于粒子滤波的空-地目标跟踪算法

针对空-地目标跟踪中目标大幅度变速运动而引 起的跟踪失败问题,基于Kristan等人提出的双步(TS)动态模型框架,对空-地目标跟 踪中目标运动特点进行分析与建模,改进TS模型中 的保守模型以适应加速运动,提出适于描述大幅度变速运动的加速度双步(TSA)动态模型作 为粒子滤波(PF)跟踪算法的动态模 型,实现对粒子状态的精确预测,进而达到使用较少粒子即可对目标鲁棒跟踪的目的。对空 -地目标跟踪的测试视频进行测 试,结果表明,本文算法可对大幅度变速运动目标稳定跟踪,正确跟踪率为92%,对目标 尺寸约为25pixel×30pixel时的处理帧率为29frame/s。本文算法具有较好的鲁棒性与实时性。     

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。     

被动导引头辐射源跟踪新算法研究

由于被动导引头辐射源跟踪系统非线性较强,传统的跟踪滤波算法是粒子滤波（PF）、U卡尔曼滤波（UKF）。但这些算法都存在着一定的缺陷,粒子滤波算法收敛速度慢、计算量大,UKF跟踪精度低。针对上述问题,提出了一种基于PF算法的新的跟踪滤波算法PUKF。该算法采用粒子滤波和U卡尔曼滤波加权的思想对目标实现初始的捕捉,然后通过UKF算法对目标进行跟踪保持。该算法受初始状态影响小,跟踪的精度高,收敛速度快,系统性能稳定。仿真实验表明了在被动辐射源跟踪系统中该算法的可行性和有效性。     

具有非高斯相关噪声的目标跟踪

为实现强杂波背景下视频的鲁棒跟踪,在常 用非线性系统模型的基础上引入柯 西高斯混合噪声模型,充分考虑了非高斯噪声前 后时刻的状态相关性,并以权重条件最小方差为标准,推导了非高斯相关噪声的最优建议分 布 函数,在粒子滤波框架内实现了非高斯相关噪声模型时系统状态的准确估计。在新算法的框 架内采用多特征自适应融合的方法,实现了强噪声背景下视频目标的鲁棒跟踪。实验结果表 明,本文方法扩展了粒子滤波的适用范围,有效提升了强噪声环境下视频目标跟踪的精度和 稳定性。     

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)。     

雷达辅助光电跟踪系统协同跟踪算法

针对光电跟踪系统对目标探测过程中发生的不完全量测现象,采用雷达辅助光电跟踪系统进行协同跟踪保证量测的连续性。首先给出光电跟踪系统的不完全量测模型以及雷达辅助下的协同互牵引模型,提出基于粒子滤波的序贯融合算法;其次,利用粒子滤波求取传感器在每一时刻的Renyi信息增量作为协同过程互牵引准则,确定互牵引触发时机,确保协同过程的自主性。仿真结果表明:通过选择合适的互牵引门限,能够在尽量少的雷达辐射的条件下改善对目标跟踪性能并保证对目标探测的稳定性。     

一种新型混合并行粒子滤波频率估计方法

针对高动态、低信噪比环境下的载波频率信号跟踪问题,提出一种新的混合并行粒子滤波算法（ Multi-ple Extend Kalman Filter Independent Metropolis Hastings ,M-E-IMH）。该算法具有并行运算结构,实时性较基本粒子滤波有较大的提高。该算法直接利用同相支路（In-phase,I）和正交支路（Quadrature,Q）作为观测量,避免了传统方法中的鉴别器引入而引起的信噪比损耗。在高斯和非高斯环境下,与现有的载波跟踪方法如扩展卡尔曼滤波器（ EKF ）,粒子滤波器（ PF）,卡尔曼滤波器（ KF）等仿真对比表明,该方法在低信噪比下具有更高的跟踪精度。     

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.     

An improved Bernoulli particle filter for single target tracking

Single target tracking is widely applied in the current surveillance systems. The Bernoulli filter can complete the task of single target tracking using available measurements. However, the existing Bernoulli filters have estimation bias during the whole tracking process. Therefore, we present an improved Bernoulli filter and its particle implementation in this paper. Employed the weight optimization strategy, the under-estimated number of target is corrected by enlarging the maximal measurement-updated weight of sampling particle. In addition, the track identification strategy is applied to optimize number of the required particles and extract the actual target. Combined with the unscented transform for the complicated dynamic models, the nonlinear motion state of maneuvering target is effectively estimated. Besides, we extend the proposed filter in unknown clutter environment and estimate the mean clutter rate, which has significant application meaning owing to avoiding the assumption of the given detection profile. Finally, the numerical simulations demonstrate the tracking advantages with the promising results in comparison to the standard Bernoulli filter.     

优化的多模型粒子滤波机动微弱目标检测前跟踪方法

在机动微弱目标的检测和跟踪方面,当前主要研究方法之一是多模型粒子滤波检测前跟踪（MMPF-TBD）,该方法以尽可能多的运动模型去匹配目标的机动,符合运动模型精细化研究方向,但存在模型数目与类别较多,模型之间转移计算复杂和有效模型使用效率低等问题。本文从多个运动模型结构上的相似性出发,提出一种优化的多模型粒子滤波检测前跟踪方法,通过粒子机动加速度的变化,在一个模型框架下模拟出类似MMPF TBD中的多种机动模型,简化了算法结构;在该方法实现过程中,采用辅助粒子滤波提高状态估计精度。仿真实验表明该方法相比MMPF-TBD具有更稳定的检测和跟踪性能以及在低信噪比环境中更好的适用性。      

基于RB粒子滤波的多传感器目标跟踪融合算法

构建面向多传感器信息融合系统的粒子滤波(PF)器是拓展采样型非线性滤波应用领域的关键,针对PF在多传感器融合目标跟踪系统的有效实现问题,提出了一种基于Rao-Blackwellized(RB)PF(RB-PF)的多传感器目标融合跟踪(MT-RB-PF)算法。首先,利用RB建模技术实现跟踪系统非线性状态估计的降维处理;其次,结合多传感器融合系统特点,给出一种多量测下粒子权重优化新方法用以改善粒子权重度量的可靠性和稳定性;最终,通过标准PF和卡尔曼滤波(KF)实现非线性和线性状态分量的估计,并利用状态重构方法构建当前时刻的状态估计值。理论分析和仿真实验验证了算法的有效性。     

粒子滤波算法的性能分析与改进

对粒子滤波算法的性能进行了分析并提出了一些改进设想。首先阐述粒子滤波的原理;以雷达目标跟踪为例,利用粒子滤波对目标的3种典型状态模型进行了跟踪试验;然后详细分析了粒子数、状态模型、过程噪声、热噪声等参数对整个跟踪性能的影响,并提出改进设想;最后阐明了粒子滤波的适应性,展望了其未来发展方向。     

一种改进的粒子滤波和Mean Shift联合跟踪算法

为了提高视频运动目标跟踪的准确性和实时性,提出一种改进的粒子滤波和Mean Shift联合跟踪算法.针对传统粒子滤波跟踪算法中颜色直方图观测模型存在的局限性,提出了一种基于分块颜色直方图的观测模型描述方法,并根据该分块直方图的特点,重新设计了粒子权值的更新策略;针对粒子滤波算法实时性差的问题,提出了一种基于积分直方图的颜色特征快速计算方法,极大地降低了算法的运算量;为了降低相似背景干扰对跟踪效果的影响,提出了一种基于Gabor幅度谱的Mean Shift跟踪算法,并利用改进的Mean Shift算法对粒子滤波跟踪结果进行优化,提高了跟踪算法在复杂背景下的搜索能力.实验结果表明了算法的有效性.     

利用双窗口检测和粒子滤波提取高分辨率SAR图像道路中心点

各种干扰、阻塞以及遮挡的存在使得高分辨率合成孔径雷达图像道路提取异常困难。该文提出一种局部检测和全局跟踪相结合的道路中心点提取方法。在局部检测时,设定内外双窗口,外窗口根据护栏、绿化带等干扰物与道路的边缘呈现一致的方向性,采用非线性结构张量获取该区域内的道路方向;内窗口根据方向结果调整转向,搜索道路区域,进而确定道路的宽度及中心点。在全局跟踪阶段,为克服路上阻塞及路旁建筑物遮挡造成跟踪频繁失败的影响,采用粒子滤波器变步长跟踪的策略。使用1 m机载高分辨率SAR图像进行实验,结果证明该方法的有效性。     

多目标环境中的认知雷达跟踪方法

研究了多目标环境中的认知雷达目标跟踪问题,提出了一种基于波形优化和快速粒子滤波的多目标跟踪方法。在量测模型中,基于采样的接收数据建立量测方程,以克服多目标跟踪中的数据关联问题;在状态模型中,与量测模型相匹配,联合估计目标运动状态（位置、速度）和散射系数。为实现多目标跟踪和提高跟踪性能,从联合收发自适应处理角度出发设计跟踪算法和发射波形:1）接收自适应。由于量测数据的维数以及跟踪模型的非线性程度较高,为实现对多目标的有效跟踪以及降低跟踪算法的运算复杂度,采用改进的粒子滤波方法对目标状态进行实时估计;2）发射自适应。考虑到信噪比与跟踪性能关系以及量测模型的特点,基于最优信噪比准则实现了对发射波形的优化。仿真结果表明文中所提出的跟踪方法能够有效的跟踪上目标,且所设计的自适应波形的跟踪性能优于传统固定波形。      

基于粒子滤波的交互式多模型说话人跟踪方法

 本文提出一种基于采样交互的多模型粒子滤波方法,实现了对随意运动说话人的有效跟踪。该方法根据说话人跟踪问题的特点,用马尔可夫跳变系统描述说话人的动态特性,用粒子滤波方法估计说话人的位置。在说话人跟踪过程中,通过调整滤波粒子的采样区域,完成交互式多模型方法中的输入交互,这不仅实现了各子滤波器中粒子数目的任意设定,避免了模型转换过程中的性能退化现象,而且取消了对模型后验概率密度函数的高斯分布假定,增强了说话人跟踪系统的鲁棒性。计算机仿真实验结果验证了本文方法的有效性。