粒子滤波及其改进算法的比较

针对非线性、非高斯问题,建立了动态状态空间模型,详细分析了贝叶斯滤波的原理。对于满足线性和高斯的状态空间模型,卡尔曼滤波性能是最优的。但是,真实世界的非线性、非高斯问题存在,使得人们不得不寻找一种更好的滤波方法。解决非线性滤波问题最普遍的方法就是扩展卡尔曼滤波。但扩展卡尔曼滤波只适合弱非线性系统,对于强非线性系统,容易导致滤波发散。因而介绍了适用于强非线性、无高斯约束的基于序列蒙特卡罗算法的粒子滤波波器及其改进算法规则化粒子滤波器。最后对上述几种滤波器进行了性能仿真及分析。     

改进的交互式多模型粒子滤波跟踪算法

通常的交互多模型卡尔曼滤波(IMMKF)或交互多模型扩展卡尔曼滤波(IMMEKF)对于非高斯问题无能为力;对于非线性问题,其性能不及交互多模型粒子滤波算法(IMMPF)。粒子滤波能够处理非线性/非高斯问题,其与交互式多模型结合用来获得更好的跟踪性能。然而,粒子滤波的主要问题是巨大的计算量,由于粒子滤波通常采用大量的粒子数目,将带来很大的计算负荷。该文提出了一种改进的交互多模型粒子滤波算法,其利用多模型综合使用了卡尔曼滤波和粒子滤波,与常规交互式多模型粒子滤波(IMMPF)相比,大大改善了计算效率。对于非线性/非高斯问题,其性能与IMMPF相当;对于线性问题,其性能与IMMEKF相当,并优于IMMPF的性能。     

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。     

非线性滤波算法性能对比

随着目标运动的多样性和复杂化,雷达非线性目标跟踪算法越来越受到重视。本文对目前非线性滤波的主要算法即扩展卡尔曼滤波、不敏卡尔曼滤波、粒子滤波的滤波模型、适用条件、性能进行了分析比较,通过一个非线性非高斯模型进行了仿真,验证了这些算法的性能,仿真结果表明非线性条件下粒子滤波算法要明显优于其它两种滤波算法。     

几种非线性滤波算法的比较研究

针对组合导航等非线性系统,扩展卡尔曼滤波算法（EKF）在初值不准确时存在滤波发散的现象,故提出U卡尔曼滤波（UKF）;粒子滤波算法（PF）适合于强非线性、非高斯噪声系统,但同时存在退化现象,故提出2种改进算法。前人的工作多集中在单一算法的研究,而在此是将上述各种算法应用到同一典型非线性系统,通过应用Matlab进行仿真实验得出具体滤波效果数据。综合对比分析了各算法的优缺点,得出一些有用的结论,为组合导航系统中非线性滤波算法的选择提供了参考。     

基于粒子滤波的弹道目标跟踪

弹道目标再入段的运动受到空气阻力、重力等力的影响,具有明显的非线性特征.传统的卡尔曼滤波是线性、高斯问题的最优滤波器,但无法处理非线性的估计问题.扩展卡尔曼滤波利用泰勒级数展开把非线性方程线性化,是解决非线性估计问题的有效算法;而近些年来出现的粒子滤波以其解决非线性问题的卓越性能,得到了迅速发展.文章对弹道目标再入段的运动特征进行研究,建立了目标的状态空间模型,并应用扩展卡尔曼滤波和粒子滤波实现了对弹道目标的跟踪.通过比较仿真结果,证明粒子滤波比扩展卡尔曼滤波精度更高,对噪声的抑制能力更强,也更稳定.因而具有重大的研究意义.     

基于UPF的移动机器人定位新方法

粒子滤波算法适用于非线性非高斯系统,被广泛应用于移动机器人定位中.分析粒子滤波的原理,针对传统粒子滤波算法性能较大程度上取决于重要性替代分布的选择这一缺陷,引入无迹卡尔曼滤波加以改进,最后给出该方法在移动机器人定位中的应用.     

非高斯系统下卡尔曼滤波算法误差性能分析

针对非高斯噪声对卡尔曼滤波误差性能存在影响的问题,通过计算不同分布之间信息距离的方法来度量噪声分布序列的非高斯程度。分别针对符合高斯分布、均匀分布、伽马分布、瑞利分布的随机噪声序列,在噪声均值和方差相同的条件下,采用卡尔曼滤波算法进行仿真实验,考察其滤波结果的误差性能。实验结果表明:上述三种非高斯分布的非高斯程度不同;非高斯系统和高斯系统滤波结果的误差性能基本一致。     

粒子滤波器及其在目标跟踪中的应用

为了在物理条件下对目标进行精确建模，有时需要运用非线性、非高斯系统。而常规的卡尔曼滤波算法要求系统是线性高斯型的，因而不能直接用来解决非线性、非高斯问题。为了解决这一问题，人们开发出各种非线性滤波算法。一种是扩展卡尔曼算法(EKF)，它对非线性系统进行局部线性化，从而间接利用卡尔曼算法进行滤波与估算；另一种是序列蒙特卡罗算法，亦即粒子滤波器(PF)，它是最近出现的解决非线性问题的有效算法。本文简要介绍非线性跟踪的最优与次优贝叶斯算法，重点关注粒子滤波器，通过再入大气层弹道目标的例子，说明PF在目标跟踪中的应用。     

基于DSP的改进粒子滤波算法硬件实现

粒子滤波算法在处理非线性、非高斯系统方面有明显的优势,但较大的运算量限制了其实时性的应用。针对这一问题,文中研究利用DSP处理器高速运算的特点实现粒子滤波算法。文中针对粒子滤波的粒子退化问题给出重采样方法,详细给出了DSP实现粒子滤波算法的流程,对DSP的存储资源进行了优化设计。利用典型模型进行算法实现验证,结果表明：采用DSP实现的粒子滤波算法可对状态参量进行精确处理,验证了DSP用于非线性、非高斯系统的粒子滤波算法实现的有效性。     

基于粒子滤波的机载单站无源跟踪算法

针对空中观测平台对远距离海面慢速运动目标定位跟踪这一非线性估计问题,介绍了专门处理非线性估计问题的粒子滤波算法,将粒子滤波算法(Particle Filter,PF)应用于机载单站无源定位跟踪问题,有效提高了对慢速运动目标的单站无源定位跟踪性能,解决了传统的扩展卡尔曼滤波算法在非线性估计时存在收敛速度慢的问题。通过与扩展卡尔曼滤波算法的仿真比较表明,粒子滤波算法可实现对慢速运动目标的高精度定位跟踪,且性能优于扩展卡尔曼滤波算法。     

一类分布式传感器粒子滤波融合算法

针对非线性非高斯的分布式多传感器状态估计问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的融合跟踪算法。通过对量测方程的非线性分析,利用改进的粒子滤波算法(UPF)计算局部传感器的状态估计值,再应用分布式加权融合准则得到全局状态估值.     

粒子滤波和正则粒子滤波算法性能研究

主要介绍了解决系统状态估计问题的滤波算法。在提出非线性高斯系统模型的基础上着重阐述了扩展卡尔曼滤波(EKF)、粒子滤波(PF)和正则粒子滤波(RPF)算法。对这三种算法在不同的噪声条件下的估计性能进行了仿真分析。结果表明,在非线性高斯系统中,PF和RPF的估计性能远比EKF的估计性能要好,由于RPF是从离散分布中重构其近似连续分布,再从该连续分布中采样粒子,估计性能比PF要好,尤其在小噪声的环境下,估计性能更加稳定。     

一种基于卡尔曼滤波及粒子滤波的目标跟踪算法

针对卡尔曼跟踪算法在非线性非高斯情况下跟踪结果不再准确,以及粒子滤波跟踪算法计算量大难以满足实时性的缺陷,提出了卡尔曼滤波及粒子滤波相结合的算法。利用卡尔曼滤波进行跟踪得到候选目标并计算目标模型与候选模型的匹配程度,若与目标模型匹配度小于一定阈值,则转换跟踪方式利用粒子滤波进行跟踪来修正卡尔曼滤波结果;同时,采用"模板缓冲区法"对目标模型进行更新以保证跟踪的连续性、稳定性及准确性。实验结果表明,这种跟踪算法既发挥了卡尔曼滤波的实时性又保持了粒子滤波的准确性,有较好的跟踪性能。     

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。     

一种改进粒子滤波算法分析

在非线性、非高斯系统的状态估计研究中,最常用的是EKF和UKF两种方法,但是这两种方法还局限于高斯分布的情况。在之后的研究中出现了不受非线性、非高斯分布问题限制的粒子滤波算法。这种算法的主要问题是粒子退化问题,常规的再采样方法虽然可以解决退化问题,但是容易导致粒子耗尽。针对这种问题,本文提出用辅助变量粒子滤波算法,对标准粒子滤波算法步骤中的再采样部分进行改进,最后对算法进行性能仿真及分析。仿真结果表明,改进的粒子滤波算法性能良好。     

自动相关监视目标的跟踪算法研究

为了实现对新航行系统自动相关监视目标的跟踪,通过对机动目标跟踪算法进行分析研究,给出了一种基于高斯和的贝叶斯估计多模型跟踪算法。其主要思想是对多个模型滤波器滤波输出进行加权平均,每个模型滤波器采用推广卡尔曼滤波算法,当需要进行状态预测时,应用卡尔曼滤波理论进行K步迭代递推估计。该算法是解决非线性、非高斯估计问题的一个较好的变结构多模型算法。基于高斯和的贝叶斯估计算法对匀速、匀加速和强机动目标都可以达到良好的跟踪效果。     

无迹卡尔曼滤波算法在目标跟踪中的研究

无迹卡尔曼滤波(UKF)是重要的非线性滤波方法。无迹卡尔曼滤波方法是通过一组代表着均值和方差分布的采样点来对非线性系统进行非线性计算,在不对非线性方程线性近似的条件下,达到线性卡尔曼滤波器的滤波性能。文中在机动目标选定运动模型和滤波算法的基础上,对机动目标的运动作了仿真实验。从仿真分析中可以看出,无迹卡尔曼滤波在跟踪方面有很高的精度,与传统的扩展卡尔曼滤波算法相比较,无迹卡尔曼滤波算法有较小的跟踪误差。     

一种改进粒子滤波的双站无源定位跟踪算法

在非线性非高斯状态空间下，粒子滤波器是一种有效的非线性滤波算法，它的关键问题包括粒子权重的计算、粒子重采样和状态估计等。本文根据粒子滤波算法思想和双站无源定位跟踪的非线性，将粒子滤波算法用于双站无源定位跟踪问题，给出了一种改进的粒子滤波算法，并对其关键问题根据双站无源定位跟踪的特殊性进行了改进。利用Matlab进行了仿真实验，与最小二乘算法、扩展卡尔曼滤波算法进行了比较，结果表明所提算法定位跟踪精度优于其他方法。     

改进的多特征融合粒子滤波视频跟踪算法

视频运动目标的跟踪是一个典型的非线性、非高斯问题,粒子滤波是一个解决非线性、非高斯问题的主流方法,粒子滤波技术具有非线性等特性,在目标跟踪过程中得到了广泛的应用。传统粒子滤波跟踪算法的退化现象严重,经过几次迭代递推,权重方差随着时间推移而增大,为解决该问题引入均值漂移算法,调整初始粒子分布,使粒子集中于邻近的局部极大值区域内,以减少退化现象的发生。并且将颜色特征和边缘特征融合在粒子滤波跟踪算法中,在传统算法基础上提出改进,加入优化机制,使粒子的权值分布更加接近实际情况。实验结果表明了该算法的有效性。