Unscented粒子滤波器及其在纯方位跟踪中的应用

为处理纯方位跟踪(BOT)中的非线性问题,提出了一种Unscented粒子滤波(UPF)跟踪方法。在使用Unscented变换的基础上,利用UPF来加入最新的观测量并产生非线性粒子滤波(PF)的建议分布。结合纯方位跟踪模型,推导了UPF应用的具体算法步骤,使用匀速运动和机动目标两个BOT仿真实例,与其它滤波器进行了仿真对比,分析了跟踪性能和误差。仿真结果表明,对于纯方位跟踪问题,UPF不仅解决了扩展卡尔曼滤波器的线性化损失难题,而且与PF等粒子滤波器相比,具有更高的跟踪精度。     

脉冲噪声下多伯努利滤波的单声矢量DOA跟踪

针对单声矢量传感器(Acoustic vector sensor, AVS)脉冲噪声环境下的多声源波达方向(Direction of arrival, DOA)跟踪问题,利用α稳定分布能更好地建模脉冲噪声的性质,提出α稳定分布下的多伯努利DOA跟踪算法。由于α稳定分布不具有有限协方差,该算法采用分数低阶距(Fractional Lower Order Moment, FLOM)代替协方差矩阵,对FLOM进行特征分解构造噪声子空间,生成FLOM MUSIC空间谱函数作为多伯努利滤波器的伪似然函数,并对其指数加权,改善了传统似然函数的发散和平坦问题,使得粒子的重采样更有效。该算法的优点是不需要预先知道声源个数,利用先验信息和当前量测信息可以直接对当前声源进行跟踪。仿真结果表明,该算法能有效跟踪脉冲噪声环境下单一AVS声源的数目和状态。      

粒子滤波在机动目标纯方位跟踪中的应用

文章将多模粒子滤波算法用于机动目标纯方位跟踪，通过估计模型的概率而不是寻找最优算法去进行局部线性化和表征非高斯后验密度，从而减小了近似误差。在仿真研究中，与IMM—EKF的比较验证了多模粒子滤波处理机动目标纯方位跟踪问题的优越性。     

伯努利滤波在单站无源跟踪中的应用

外辐射源雷达系统具有隐蔽性好、反隐身能力及抗干扰能力强等优点,但其中高频频段信号普遍存在距离分辨率较差的问题。通过建立仅利用目标多普勒信息的测量模型,将基于随机有限集的伯努利滤波算法应用于以多个视距外短波广播发射站、单个近距离接收站为背景的单站无源雷达系统中,同时克服了传统跟踪方法中复杂的数据关联,进而提高了跟踪效果。仿真结果表明,该方法能在大量虚警下仅利用多普勒信息实现对运动目标的有效跟踪和定位。     

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。     

基于标签多伯努利滤波器的机动小目标检测前跟踪

标签多伯努利(LMB)滤波器在传统多伯努利滤波器基础上引入标签空间,能够实现真正意义上的多目标轨迹级滤波.文章对红外小目标的运动和量测进行建模,将标签多伯努利应用到红外小目标检测前跟踪领域.在此基础上,为了实现对运动模型时变目标的检测前跟踪,将交互式多模型(IMM)与LMB检测前跟踪算法相结合,提出IMM-LMB检测前跟踪算法.此外,给出了该算法的序贯蒙特卡罗实现.仿真结果表明,所提算法能够从输入的原始图像中直接实现轨迹级多目标检测和跟踪,且能够在线更新多模型概率,更好的适应多机动目标场景.     

基于改进粒子滤波算法的纯方位目标跟踪

纯方位目标跟踪是一个重要的研究课题。它要解决的问题是:利用含有噪声的方位数据来估计目标的真实运动轨迹。本文提出了一种基于粒子群优化的改进粒子滤波算法。这种算法可以将最新的观测值引入观测估计,提高了预估精度,减少所需的粒子数,从而实现对目标真实运动轨迹更好的跟踪。     

混合坐标系下的一种纯角度跟踪算法

针对依靠红外传感器提供目标角测量,以雷达间断工作提供目标距离测量的目标状态估计问题,从探测精度的要求出发,提出了一种基于由直角坐标系和修正极坐标系组成的混合坐标系的扩展卡尔曼滤波算法,在一具体战术环境进行了数字仿真,并对仿真曲线进行了分析。     

雷达目标角度跟踪环路滤波器设计新方法

角度跟踪环路在机载雷达对目标的距离、速度、角度3维联合跟踪中起着至关重要的作用。该文分析指出传统采用卡尔曼滤波算法形成角度跟踪环路对机动目标角度进行跟踪时跟踪精度低,角跟踪误差收敛速度慢的缺点,提出弯曲度检测跟踪环路滤波器(Bend Degree Tracking Loop Filter, BDTLF)设计方法,其利用弯曲度检测角度曲线拐点,自适应地调节环路滤波器环路等效噪声带宽,并以此来控制角度跟踪环路。此算法加快了角跟踪误差的收敛速度,减轻了拐点处的角度滤波扰动,保持了滤波性能的连续性。计算机仿真结果验证了该文方法相比于卡尔曼滤波算法、粒子滤波算法、-- 滤波算法及恒定系数环路滤波器方法,对弱机动目标角度跟踪具有更加出色的性能。     

Geodesic流多伯努利检测前跟踪方法

由于粒子退化,基于粒子滤波的多伯努利检测前跟踪滤波器对多目标后验密度的估计不准确,导致量测非相参积累的效果不理想.为此,将Geodesic粒子流引入多伯努利检测前跟踪算法,以提升后验密度估计的准确度.此外,合并航迹时利用目标的航向信息,从而降低航迹交叉时不同目标的航迹被错误合并的概率.通过Rayleigh杂波中Swerling 1型起伏目标的检测及跟踪结果证明了所提算法的性能.     

Distributed multi-sensor particle filter for bearings-only tracking

In this article, the classical bearings-only tracking (BOT) problem for a single target is addressed, which belongs to the general class of non-linear filtering problems. Due to the fact that the radial distance observability of the target is poor, the algorithm-based sequential Monte-Carlo (particle filtering, PF) methods generally show instability and filter divergence. A new stable distributed multi-sensor PF method is proposed for BOT. The sensors process their measurements at their sites using a hierarchical PF approach, which transforms the BOT problem from Cartesian coordinate to the logarithmic polar coordinate and separates the observable components from the unobservable components of the target. In the fusion centre, the target state can be estimated by utilising the multi-sensor optimal information fusion rule. Furthermore, the computation of a theoretical Cramer–Rao lower bound is given for the multi-sensor BOT problem. Simulation results illustrate that the proposed tracking method can provide better performances than the traditional PF method.     

仅测角卫星跟踪的扩展卡尔曼粒子滤波算法

卫星被动跟踪技术对于空间监视系统非常重要,为提高非合作跟踪模式下空间低轨卫星(LEO)的跟踪精度,提出一种基于扩展卡尔曼粒子滤波(EKPF)的仅测角卫星被动跟踪算法.首先,在卫星二体运动下,以地球惯性直角坐标系为基础,对卫星运动状态方程的二阶线性化、状态方程和测量方程的雅可比矩阵进行了详细推导.其次,利用二阶扩展卡尔曼...     

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.     

预测滤波技术在光电跟踪系统的应用

概述了目标跟踪系统应用滤波预测技术的目的、意义、方法，分析了有限记忆最小平方滤波、α-β-γ滤波、Kalman滤波的工作原理、性能及优、缺点。讨论了各种滤波器在雷达、红外、遥测等目标跟踪系统的发展和应用情况。     

纯方位被动多传感器多目标跟踪算法

多传感器多目标跟踪中的数据关联问题是目标跟踪领域中的难点及核心。若传感器是只有角度量测的被动传感器,关联问题则变得更为复杂。针对纯方位多被动传感器系统的多目标跟踪问题,提出了一种基于高斯-厄密特滤波的动态多维分配方法。首先建立了直角坐标系下多被动传感器的高斯-厄密特滤波模型;在该模型的基础上,采用多维分配问题的思想,直接建立各传感器角度量测与目标角度预测值的候选关联组合,并将其进行动态地分配,提高了关联效率。仿真实验表明,该方法可以实时、高效地解决多被动传感器系统中的数据关联问题,并且能够对多目标进行稳定的跟踪。     

仅有角度测量的双机协同机动目标跟踪定位路径规划

针对仅有角度测量的双机协同三维机动目标跟踪定位路径规划问题提出基于扩展卡尔曼滤波器（EKF）和定位精度几何分布（GDOP）的优化算法。在建立双机协同被动跟踪EKF 的基础上分别从交互信息与协方差控制入手建立指标函数。利用向量概念推导出了双机协同被动目标定位的GDOP计算公式,并建立了基于GDOP 的指标函数。利用目标状态的一步预测给出了基于不同指标函数的数值解法。仿真表明,基于EKF 的指标函数在在目标机动时性能较差,而基于GDOP 的指标则在目标机动时表现出良好性能。     

一种导向粒子滤波跟踪算法

粒子滤波算法在运动目标跟踪方面有着广泛的使用,粒子滤波中的重采样是解决粒子退化的一种重要方法,但是重采样会导致粒子的多样性的丧失。针对这个问题,改进粒子滤波算法,改进过程中结合了导向滤波的基本思想,因此将这种方法称为导向粒子滤波跟踪算法。导向滤波是近几年提出的一种新的滤波方式,与传统滤波相比,它在滤波的时候会引入一幅指导图像,鉴于这个思想,我们在进行粒子滤波的时候,引入一种导向粒子作为一个指导量,来保留一些目标图像上的信息。实验证明了这种算法可以更好地对目标进行定位跟踪。     

强跟踪自适应滤波器实现机动目标的精确跟踪

机动目标状态估计中的一个主要问题是:目标运动的突变性导致状态噪声无法进行统计预测.传统的EKF将噪声看成是高斯白噪声有着本质上的不足,因而无法实现稳定的跟踪.引入Sage-Husa滤波算法对有色噪声进行在线的估计,一定程度上弥补了目标运动模型不够合理的缺憾.在此基础上,从系统容错设计基本原理出发,用归一化残差功率法实时地检测可能出现的数值发散现象,一旦检测到发散,印通过一种改进的强跟踪自适应滤波器进行抑制,有效地提升了滤波的健硕性,实现了稳定跟踪.最后,针对高机动目标的运动特性,仿真验证采用变维滤波模型,用EKF对目标的简单机动进行跟踪,只有目标运动突变时才采用本文提出的算法,以提升计算的实时性.仿真结果表明此算法对高机动目标的跟踪是有效的.     

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。