一种新型高精度非线性滤波算法研究

针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题,提出了一种新的高精度粒子滤波算法。该算法通过引入积分修正因子,对积分卡尔曼滤波器的积分点进行在线修正,并采用修正后的积分卡尔曼滤波产生优选的建议分布函数,由于高精度地融入最新量测信息,一定程度上克服了权值退化问题。仿真实验表明,新算法具有较高的滤波精度,是一种有效的非线性滤波算法。     

基于MCMC的改进粒子滤波算法

针对传统粒子滤波算法建议分布函数的选取问题和粒子退化现象,提出一种基于马尔可夫蒙特卡洛思想的改进粒子滤波算法.使用基于比例对称采样方法选取Sigma点的无迹卡尔曼滤波,产生粒子滤波并建议分布函数;将似然分布自适应权值调整策略应用于权值选取步骤;采用系统重采样方法,加入了用来保持粒子多样性的马尔科夫链蒙特卡洛步骤.仿真结果表明,该算法的估计状态能够更好地吻合真实轨迹,在非线性、非高斯场合的估计性能较优.     

一种新型非线性滤波的多特征融合跟踪算法

为有效解决非线性系统的状态估计问题,提出一种新型非线性滤波算法。该算法通过在积分卡尔曼滤波中引入修正因子,对积分点进行优化重组,并采用修正后的积分卡尔曼滤波产生优选建议分布函数,较好地克服了粒子退化现象。在新算法的框架内,利用颜色和运动边缘特征作为观测模型进行视频目标跟踪,并通过D-S证据理论的方法进行权值融合,较好地克服了单一颜色特征在姿态改变、相似背景遮挡等情况下跟踪稳定性较差的问题。实验表明本方法对复杂条件下的目标跟踪问题在保持较强鲁棒性的同时,跟踪精度提升了近32%。     

一种改进的自适应优化粒子滤波算法研究

粒子滤波算法在非线性滤波领域受到广泛关注,但是该算法存在样本退化问题.为了改进粒子滤波算法的性能,这里结合自适应优化机制对粒子滤波算法的建议分布选择机制及重采样技术进行改进.对于粒子滤波的建议分布选择,提出一种基于自适应退火参数优化的混合建议分布方法.通过混合建议分布不足的分析,利用退火参数来优化控制状态转移先验分布函数和观测似然函数之间的比例,同时,基于自适应参数优化机制来动态调整退火参数的值.对于粒子滤波的重采样,提出了基于部分分层重采样优化算法的自适应重采样技术.通过有效样本大小的评估来执行自适应重采样策略,此外,基于部分分层重采样算法,利用权重优化的思想对其重采样前后权重计算的方法进行优化.通过相关算法的性能比较,所提改进粒子滤波算法的有效性得以验证.     

基于仿生算法改进粒子滤波的SLAM算法精度预测

为解决传统粒子滤波算法重采样时产生的样本退化及样本贫乏带来的机器人定位与建图精度下降问题,提出一种基于改进仿生算法的粒子滤波.该算法将粒子最新时刻的观测与状态信息引入亮度公式,并将萤火虫的优胜劣汰和位置更新机制融入粒子滤波算法,以提高粒子的滤波能力.为保证算法的收敛速度和预测精度,在萤火虫位置更新过程中引入自适应调整步长进行即时修正;基于标准粒子滤波重采样的缺陷,采取分步重采样策略,通过偏差修正指数加权算法制定高效的舍小保大方案,并合理使用剩余大权值粒子完成粒子的复制和添加.仿真验证表明,所提出的改进算法可以明显提高传统粒子滤波的预测精度,且应用到基于移动机器人运动模型的定位与建图时可保持较高的定位精度和较好的稳定性.     

一种改进的粒子滤波算法及其在说话人跟踪中的应用

针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题,提出一种改进的粒子滤波算法,该算法综合考虑"优选建议分布函数"和"重采样"两种并行改进滤波性能的方法.首先通过Unscented卡尔曼滤波器产生系统的状态估计,并在协方差预测阶段引入衰减记忆因子,消弱滤波器对历史信息的依赖,增强当前量测信息对滤波器的修正作用,从而产生一个优选的建议分布函数,有效抑制了粒子退化现象;接着在重采样阶段引入MCMC(Markov Chain Monte Carlo)方法来构造马尔科夫链产生服从目标分布的粒子,使样本更加多样化,有效避免了粒子枯竭问题.最后,通过系统仿真及说话人跟踪实验,证明了该算法的有效性.     

基于激光雷达传感器的RBPF-SLAM系统优化设计

针对传统Rao-Blackwellized粒子滤波(RBPF)方法的同步定位和建图(SLAM)问题,提出了一种基于激光雷达的RBPF-SLAM系统优化方法,利用高精度激光雷达数据,修正了基于里程计读数的建议分布函数,减少了滤波过程所需的粒子数目;引入了自适应重采样机制,缓解由于重采样带来的粒子消耗问题.为验证改进算法性能,在搭建的差速型移动机器人平台上,进行了验证试验,结果表明:改进后的RBPF-SLAM方法,能够实时构建栅格地图,在建图效率和精度上均有明显的提升.     

基于UKF和优化组合策略的改进粒子滤波算法

针对标准粒子滤波算法存在的粒子退化与贫化问题,提出了一种新的改进粒子滤波算法。该算法采用无迹卡尔曼滤波、优化组合策略和标准粒子滤波相结合的方法,运用UKF产生重要性密度函数,解决标准PF算法中以先验概率密度函数作为建议分布所引发的退化问题;运用优化组合重采样策略保证所有粒子的信息以一定概率得到继承,维持粒子集中粒子的多样性。理论分析与仿真结果均表明,改进算法能有效地解决标准粒子滤波存在的粒子退化问题并避免粒子贫化现象的出现,具有更高的状态估计精度。     

基于自适应渐消无迹粒子滤波的UnscentedFastSLAM算法

针对机器人导航无迹快速同步定位与地图构建（Unscented FastSLAM）算法由于重采样造成样本粒子退化,进而导致估计精度下降的问题,提出一种基于自适应渐消无迹粒子滤波的Unscented FastSLAM算法。该算法将无迹粒子滤波与渐消滤波相融合产生自适应建议分布函数,同时将粒子根据权值进行优化组合,仅对组合后的部分不稳定的粒子进行系统重采样。通过这两方面使系统具有高度自适应性的同时保证粒子的多样性,缓解粒子的退化现象。仿真实验表明,提出算法与Unscented FastSLAM算法相比,可以用较少的粒子实现更高的SLAM的估计精度,很大程度上降低了SLAM算法的复杂度。     

一种自适应免疫优化的无迹粒子滤波器

针对无迹粒子滤波（UPF）在较偏观测时的退化现象及重采样带来的粒子枯竭问题,提出一种自适应免疫优化的无迹粒子滤波算法（AIO-UPF）。该算法在重采样过程中,利用免疫算法在亲和度与浓度调节机制下的全局寻优能力和多样性特征,通过引入自适应阈值因子δ的Metropolis准则,使得粒子集能够有效地分布于高似然区域,提高了粒子的多样性和有效性,从而较好地抑制了在较偏观测时的粒子退化问题。仿真结果表明,AIO-UPF的性能优于传统UPF及标准粒子滤波,在状态估计精度上比传统UPF提高了27%左右。     

基于IGGIII方案的自适应渐消卡尔曼滤波器

渐消卡尔曼滤波器滑动采样区间长度[N]的取值为单一定值,难以实现滤波精度与动态性之间的平衡。针对该问题,提出了一种基于IGGIII方案的自适应渐消卡尔曼滤波器。该滤波器进行新息异常卡方检测,通过构建一个类似于IGGIII权函数的三段式滑动采样区间长度[N]的取值函数,实现滑动采样区间长度[N]的自适应优化选取,提升滤波精度。Matlab仿真结果证明,基于IGGIII方案的自适应渐消卡尔曼滤波器在系统稳定情况下滤波结果更加精确,系统模型参数发生变化时具有更好的动态性,能够实现滤波精度与动态性之间的平衡。     

动态贝叶斯网络一种自适应的局部抽样粒子滤波算法*

针对传统自适应粒子滤波（APF）对于动态贝叶斯网络推理中高维的问题,提出动态贝叶斯网络一种自适应的局部抽样粒子滤波算法(LSAPF)。LSAPF算法将BK算法分团的思想引入到粒子抽样中,利用策略相关性和局部模型的弱交互性为指导对动态贝叶斯网络进行分割,以降低抽样规模和抽样的状态空间;进而对局部模型用自适应粒子滤波算法进行近似推理,并以粒子的因式积形式近似系统的状态信度。实验结果表明,该算法能很好地兼顾推理精度和推理时间,其性能优于普通PF算法;与APF算法相比,在不增加推理误差的情况下推理时间也有较大的提高。     

基于结构分解的GPS/INS组合导航粒子滤波技术

针对粒子滤波应用于GPS/INS组合导航系统时难以保证滤波实时性的问题,提出一种基于线性/非线性结构分解的改进粒子滤波算法.改进算法对状态方程进行线性/非线性结构分解,分别采用重点采样和线性卡尔曼方式进行一步预测递推,充分发挥粒子滤波和卡尔曼滤波的特点,有效降低了粒子滤波的计算量,在保证GPS/INS组合导航系统滤波精度的条件下提高了组合滤波的实时性.     

自适应粒子滤波在卫星紫外导航中的应用

基于紫外敏感器的自主导航系统是典型的非线性和噪声非高斯分布的系统,针对扩展卡尔曼滤波(EKF)和Unscented 卡尔曼滤波(UKF)不适于噪声非高斯分布的系统,和一般粒子滤波缺乏在线自适应调整能力等问题,提出了将基于正交性原理的自适应强跟踪滤波器(STF)和UKF相融合作为重要密度函数,应用于基于紫外敏感器自主导航粒子滤波器新方法,通过UKF构造粒子群,对粒子群中的每一个粒子的每一个sigma点用STF进行更新,使得算法的鲁棒性增强,有极强的对突变状态的跟踪能力,具有强的自适应能力.为了说明算法的有效性,结合模拟的轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明了所提算法的有效性.     

一种改进的粒子滤波算法及其在GPS/DR组合定位中的应用

针对粒子滤波的重要性密度函数选择问题,提出一种基于集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter,EnKF)的改进粒子滤波算法。该方法利用集合卡尔曼滤波产生粒子滤波在每一时刻各粒子的重要性密度函数,在融合最新观测信息的同时,使重要性密度函数更加符合状态的真实后验概率分布。为消除样本枯竭现象,对重采样后的粒子进行马尔科夫链蒙特卡洛处理。在仿真实验中,将新算法用于GPS/DR组合定位系统,与粒子滤波、扩展卡尔曼粒子滤波以及无迹粒子滤波进行比较。仿真结果表明,该算法的估计精度高于传统粒子滤波算法,同时其能够有效控制计算量,并且在粒子数目较少时仍能保证较好的估计性能。     

自适应快速弱敏无迹Kalman滤波算法

针对现有弱敏无迹Kalman滤波需要代数求解增益矩阵耗时长和不能实时调节敏感性权重的问题,提出一种自适应快速弱敏无迹Kalman滤波算法.该算法在弱敏控制技术的基础上,重新定义弱敏无迹Kalman滤波的敏感性权重矩阵,将状态估计误差对不确定参数的敏感性加入滤波的代价函数,并通过最小化该代价函数得到滤波增益矩阵的解析解,...     

基于卡尔曼滤波的数据融合算法与应用研究

针对无人机飞控系统对输入的多传感器信息融合时传统卡尔曼滤波算法容易出现滤波发散,滤波精度和系统的实时性降低的问题,研究了一种改进的自适应滤波算法,可以让数据融合后的信息精度更高,实时性更强。改进的算法是在Sage-Husa滤波的基础上引入滤波收敛性判据,并提出了基于改进的Sage-Husa滤波算法的联邦卡尔曼滤波器的设计,可以抑制滤波发散,提高滤波精度和稳定性。同时引入强跟踪滤波算法的思想,调整增益矩阵,改进滤波算法,提高系统突变情况下的滤波处理能力。最后,通过对特定的自主避障系统用改进后的算法与传统卡尔曼滤波算法进行MATLAB仿真比较,仿真结果显示改进的自适应滤波算法在系统模型参数失配和实变噪声情况未知时,可以较好地保持滤波的精度和实时性。     

基于自适应多提议分布粒子滤波的蒙特卡洛定位算法

针对基于Cubature粒子滤波的蒙特卡罗定位（CMCL）算法存在的计算量大、实时处理能力较差的问题,提出一种基于自适应多提议分布粒子滤波的蒙特卡罗定位（AMPD-MCL）算法。该算法利用Cubature卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波改进提议分布,融入当前观测信息,减弱粒子退化现象;重采样部分采用Kullback-Leibler距离（KLD）采样,根据粒子在状态空间的分布状况,在线调整下一次滤波迭代所需粒子数,从而减小计算量。仿真实验验证了自适应多提议分布粒子滤波（AMPD-PF）的有效性;同时在机器人操作系统（ROS）上进行实验,结果表明改进算法的平均定位精度达到19.891cm,定位所需粒子数稳定在60,定位时间为45.543s,较CMCL算法在定位精度上提高了71.03%,时间缩短了63.10%。实验结果表明,AMPD-MCL算法减小了定位误差,能实时在线调整粒子数,有效减少了算法计算量,提高了实时处理能力。