一种基于差分演化的粒子滤波算法

针对粒子滤波(Particle Filter, PF)存在的粒子退化和贫化问题,该文提出一种基于差分演化(Differential Evolution, DE)的PF算法。首先,为了充分利用最新的观测信息,采用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)来产生重要性分布,对重要性分布产生的采样粒子不再做传统重采样操作,而是直接把采样粒子当作DE中的种群样本,粒子权重作为样本的适应函数,对粒子做差分变异、交叉、选择等迭代优化,最后得到最优的粒子点集。试验结果表明,该算法有效缓解了传统PF算法中的粒子退化和贫化,提高了粒子的利用率,具有较好的估计精度。     

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。     

基于粒子滤波与局部搜索的视频目标跟踪

为了提高视频目标跟踪的鲁棒性和准确性,本文提出了基于局部搜索(Local Search)和粒子滤波(Particle Filter)相结合的视频目标跟踪方法——LSPF(Local Search Particle Filter)算法.利用粒子滤波得到样本的权值后,将局部搜索用于每一个粒子,使权值小的粒子收敛于邻近的权值较大的粒子处,有效克服了传统PF算法的粒子退化问题.实验结果表明,传统PF算法平均跟踪误差为10.89,而本文提出的LSPF算法平均跟踪误差仅为3.49,在跟踪性能上有了很大改善.尤其当目标受到干扰时,LSPF算法仍能实现对目标的准确跟踪,为稳定跟踪提供了有利保障.     

混沌粒子群优化粒子滤波算法

针对基于粒子群优化算法的粒子滤波计算复杂度大,并且容易陷入局部最优,提出了一种新的基于混沌的粒子群优化粒子滤波算法。该算法在粒子群优化的基础上,引入混沌序列,利用混沌运动的遍历性、随机性等特点改善了初始样本的质量,同时利用混沌扰动避免搜索过程陷入局部最优,使算法具有更快的收敛速度和更好的全局搜索能力。最后利用UNGM模型将该算法与标准粒子滤波和粒子群粒子滤波进行仿真对比,并利用纯角度目标跟踪模型验证了算法的有效性。实验结果表明,该算法改善了粒子群优化算法的粒子滤波易陷入局部最优的现象,提高了粒子滤波的精度和速度,具有较高的应用价值。     

正则化粒子滤波在水下目标跟踪中的应用

针对传统卡尔曼滤波(KF)及扩展卡尔曼滤波(EKF)在非线性目标跟踪模型中,跟踪精度较差的问题,本文给出了一种基于正则化粒子滤波(RPF)的水下目标跟踪算法。文中在一种模拟水下目标跟踪环境的非线性动态模型中对所提出的算法进行了仿真试验,并将其跟踪性能与扩展卡尔曼滤波和标准粒子滤波算法(PF)进行了比较。仿真结果表明,PF算法比EKF算法滤波精度更高,RPF的跟踪性能优于PF和RPF,而且随着粒子数的增加,PF和RPF的跟踪性能也不断提高。     

杂波环境下的粒子滤波器数据关联方法

为了解决杂波环境下多机动目标的数据关联难题,提出了一种将粒子滤波器(PF)和联合概率数据关联(JPDA)相结合的数据关联算法,该方法首先应用粒子滤波方法对目标的状态进行采样,得到样本(粒子),并结合量测,通过JPDA方法计算得到联合互连事件的关联概率,而该关联概率实际上就是PF中粒子的权值。通过选取适当的有效采样尺度作为衡量PF退化现象的测度,采用重要性重采样技术克服了标准PF的退化现象,降低了算法的计算量。仿真结果表明,粒子滤波方法可以较好地解决杂波环境下跟踪多机动目标的数据关联问题;重要性重采样PF的计算复杂度低于标准PF。     

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。     

改进粒子滤波算法在目标状态估计中的应用

针对粒子滤波算法(PF)建议性函数的选择问题和粒子匮乏现象,提出了改进粒子滤波算法.该算法利用无迹卡尔曼滤波(UKF)产生建议性分布,提高估计精度;采用马尔科夫蒙特卡罗法(MCMC)保持粒子多样性,抑制粒子匮乏现象.仿真结果表明该算法的目标状态估计精度明显优于PF、UPF、PF-MCMC和PF-EKF-MCMC算法.     

基于均值漂移和粒子滤波的红外目标跟踪

为了提高红外目标跟踪的准确性和稳健性,提出了基于均值漂移(mean shift)和粒子滤波(PF)相结合的红外目标跟踪方法.在PF理论框架下,使用均值漂移为一种迭代模式寻找过程,对随机粒子样本进行重新分配,使粒子向目标状态的最大后验核密度估计方向移动,在均值漂移迭代过程中对样本权值进行更新.红外目标的状态后验概率分布用重新分配的加权随机样本集表示,对随机样本集使用PF算法实现红外目标运动的跟踪.实验结果表明,和一般PF和均值漂移相比,本文方法具有优越性和更强的稳健性.     

容积信息粒子多传感器融合算法

为提高多传感器融合的精确度,提出一种容积信息粒子多传感器融合算法。算法将容积信息滤波(CIF)和粒子滤波(PF)结合一起,采用CIF传递PF的粒子,通过引入信息贡献向量和信息贡献矩阵,将多个传感器的量测信息更新到PF的粒子中,提高粒子与真实状态后验概率分布的逼近程度,改进多传感器融合精确度。同时将CIF估计值作为粒子,消除随机扰动对融合的影响,提高粒子有效度,进一步提高融合精确度。仿真与实验表明,算法能够有效处理集中式多传感器融合问题,具有较高的滤波精确度。     

基于集群智能粒子滤波的弹道导弹跟踪

针对弹道跟踪问题,提出人工鱼群算法优化粒子滤波的方法.将集群智能思想引进粒子滤波,解决其粒子权值退化及粒子需求量大的缺点.首先,阐述了粒子滤波原理及其存在的一些问题.然后将人工鱼群算法融合进粒子滤波,使粒子群体向高似然方向移动,从而克服粒子权值退化问题.仿真结果说明该算法中的滤波算法的有效性.     

北斗/INS组合导航中人工鱼群粒子滤波的应用

为解决粒子滤波中的粒子退化和枯竭问题,提出一种动态人工鱼群粒子滤波算法,该算法在粒子滤波重采样过程中引入人工鱼群算法的觅食和聚群行为,并依据概率密度的动态比值动态调整人工鱼的移动步长,此算法提升了粒子的多样性,克服了粒子退化及枯竭问题;推动粒子向优选区域逼近,并提高了粒子的全局搜索能力,避免粒子陷入局部最优。将改进的动态人工鱼群粒子滤波在北斗/INS紧组合的模型上进行应用,并通过仿真与人工鱼群粒子滤波及标准粒子滤波算法PF相比较。仿真结果表明,动态人工鱼群粒子滤波可显著提高估算精度,从而为在利用北斗和INS在紧组合导航时提供了新的方法。     

基于PHD的粒子滤波检测前跟踪改进算法

针对在低信噪比目标检测问题中,基于PHD的粒子滤波检测前跟踪算法（PHD-TBD）存在目标位置估计误差较大的缺陷,提出一种结合粒子群优化算法的基于PHD的粒子滤波检测前跟踪方法(PSO-PHD-TBD)。该算法在滤波预测和更新步骤之间加入基于NSGA-Ⅱ的多目标粒子群优化算法,结合量测信息将预测完成的粒子集的分布进行优化,将所有粒子转移到后验概率密度较大的区域,进而改善了多目标位置估计的性能;然后使用基于密度聚类的DBSCAN算法对粒子聚类,提取目标状态。仿真实验表明,在不同信噪比条件下,PSO-PHD-TBD在多目标数目估计情况与PHD-TBD算法一致,而位置估计精度明显优于PHD-TBD算法。     

粒子滤波和均值漂移相结合目标跟踪算法

采用粒子滤波算法解决运动目标跟踪中非线性非高斯问题。将均值漂移算法嵌入到粒子滤波的采样阶段中,通过将每个粒子聚集到所在区域的局部极值,提高了采样粒子的使用效率。当发生目标遮挡时采用改进的粒子滤波算法,当无遮挡时采用均值漂移算法以提高速度。实验结果表明,该方法较传统单一算法具有较强的实时性和鲁棒性,能够有效实现在遮挡场景下的目标跟踪。     

改进的分布式粒子滤波盲均衡算法

针对多节点合作接收系统中的盲均衡问题,提出了一种基于一致优化的分布式粒子滤波盲均衡改进算法。该算法采用多个接收机组成无融合中心的分布式网络,使用分布式粒子滤波合作估计共同的发送符号序列,克服了单接收节点受信道影响大、误码率高的问题。为了保证粒子滤波中每个节点产生共同的粒子集和粒子权重,采用基于交替方向乘子法的一致优化算法获得联合似然函数,并与最大一致协议相结合,从而使每个节点获得相同的最佳重要性函数和粒子权重。理论分析与仿真结果表明,该算法只需经过有限次的一致迭代就可以达到集中式合作盲均衡的性能。全分布式的多节点合作获得了空间分集增益,降低了系统误码率。      

宽带波达方向估计的辅助粒子滤波算法

针对粒子滤波宽带波达方向估计中因采样粒子权值不稳定导致估计误差较大的问题,提出了基于辅助粒子滤波的宽带波达方向估计算法。该算法利用贝叶斯重要性采样算法,在权值大的粒子基础上引入辅助粒子变量,重新定义重要性采样分布函数。经过两次加权计算,进而改善粒子退化问题,并引导粒子向高似然区域移动,使粒子在真实状态周围分布更均匀,粒子权值比仅用重采样的粒子权值变化更稳定。仿真实验表明,该算法在均方根误差和检测概率性能上优于粒子滤波算法。      

一种目标特性辅助的积分粒子滤波新方法

针对非均匀稀疏采样环境下目标跟踪中的非线性滤波问题,提出了一种基于Gauss-Hermite积分和目标特性辅助的积分粒子滤波新方法(AQPF).在该方法中,构建了基于Gauss-Hermite积分的积分点概率密度函数作为重要性密度函数,同时,在时间更新阶段引入目标观测、目标观测的有效时间间隔、目标速度等目标特性,综合改善滤波器中预测粒子和预测协方差估计的准确性和粒子的多样性,有效提高目标状态的估计性能.实验结果表明,提出方法的估计性能要明显好于无迹kalman滤波(UKF)、积分kalman滤波(QKF)、粒子滤波(PF)、辅助粒子滤波(APF)和高斯粒子滤波(GPF),能够有效对目标状态进行估计.     

量子进化粒子滤波算法及其在说话人跟踪中的应用

以说话人跟踪问题作为应用背景,针对非线性、非高斯随机系统的状态估计问题,本文将量子进化算法和粒子滤波相结合,提出了一种量子进化粒子滤波算法.该算法采用量子编码来表示粒子;通过模拟量子坍塌产生粒子集,同时引入量子变异与量子交叉操作来保持粒子的多样性,从而提高了算法的滤波性能.计算机仿真与说话人跟踪实验结果表明,量子进化粒子滤波算法比通常的粒子滤波算法具有更好的滤波性能.     

基于广义UT变换的交互式多模型粒子滤波算法

 针对粒子滤波中重采样过程与优化提议分布的处理方式导致的粒子溃退和算法实时性下降问题,通过广义UT变换原理和卡尔曼滤波预测更新机制的引入,实现当前量测信息对于状态估计结果的直接优化,给出了一种基于广义UT变换的粒子滤波算法。另外,将改进后算法与交互式多模型相结合,进而提出了一种基于广义UT变换的交互式多模型粒子滤波算法．理论分析和仿真结果表明：新算法在计算复杂度方面与标准粒子滤波相近,在滤波精度方面优于标准粒子滤波及其改进算法．