基于辅助粒子滤波的机动弱目标TBD算法

为了解决低信噪比条件下的机动目标检测跟踪问题,研究了辅助粒子滤波与多模粒子滤波(MMPF)相结合的检测前跟踪(APF-MMPF)算法。将多模粒子滤波过程中包含目标存在变量及运动模式变量的预测粒子直接用于产生辅助变量,进行辅助粒子滤波过程实现对机动目标的检测跟踪。通过APF-MMPF算法与单纯MMPF算法的仿真结果对比可见,APF-MMPF算法的检测概率高、跟踪误差小,检测跟踪性能优于MMPF算法。由算法机理和仿真结果可见,由于APF-MMPF算法中粒子采样利用了当前量测信息,可有效提高对机动目标的检测跟踪性能。     

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)。     

基于辅助粒子滤波的机动弱目标 TBD算法

为了解决低信噪比条件下的机动目标检测跟踪问题,研究了辅助粒子滤波与多模粒子滤波（ MMPF）相结合的检测前跟踪（ APF-MMPF）算法。将多模粒子滤波过程中包含目标存在变量及运动模式变量的预测粒子直接用于产生辅助变量,进行辅助粒子滤波过程实现对机动目标的检测跟踪。通过APF-MMPF算法与单纯MMPF算法的仿真结果对比可见,APF-MMPF算法的检测概率高、跟踪误差小,检测跟踪性能优于MMPF算法。由算法机理和仿真结果可见,由于APF-MMPF算法中粒子采样利用了当前量测信息,可有效提高对机动目标的检测跟踪性能。     

IMM迭代扩展卡尔曼粒子滤波跟踪算法

该文提出了一种交互式多模型(IMM)迭代扩展卡尔曼粒子滤波机动目标跟踪算法。该算法在多模型中使用了改进的粒子滤波器,通过对迭代扩展卡尔曼滤波(IEKF)的测量更新按照高斯牛顿方法进行修正,减小了非线性滤波带来的线性化误差,然后利用修正的IEKF来产生粒子滤波的重要性密度函数,使其融入最新观测信息。最后将所提算法与交互式多模型粒子滤波(IMMPF)进行了比较,仿真结果表明该算法具有更好的跟踪性能。     

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。     

多模型粒子滤波在机动目标跟踪中的应用

针对在非线性机动目标跟踪中存在的滤波器易发散,跟踪误差大等问题,在双机协同跟踪的基础上,提出了利用交互式多模型粒子滤波(IMMPF)对空中机动目标进行跟踪的算法。该算法将粒子滤波和交互多模型有效结合,基本解决了非线性机动目标跟踪中存在的问题。通过仿真表明,与扩展卡尔曼滤波(EKF)和交互式模型扩展卡尔曼滤波(IMMEKF)相比,IMMPF能够降低跟踪误差,提高收敛速度,且有很强的鲁棒性。     

被动传感器阵列中基于粒子滤波的目标跟踪

针对被动传感器阵列中的机动目标跟踪问题,该文提出了一种基于多模Rao-Blackwellized粒子滤波的机动目标跟踪新方法。算法首先基于Rao-Blackwellization理论将机动目标跟踪问题划分为模型选择和目标跟踪两个子问题;采用多模Rao-Blackwellized粒子滤波对目标运动模型进行选择,扩展Kalman滤波对目标进行更新,有效降低了抽样粒子状态维数,节省了计算时间;最后,建立了被动传感器阵列的非线性观测模型。实验结果表明,提出方法可以有效地对目标模型进行选择,算法的跟踪性能及稳定性要好于交互多模型(IMM)方法。     

机动目标DOA跟踪粒子滤波算法

针对标准粒子滤波算法在机动目标波达方向(direction of arrival, DOA)随时间快速变化导致跟踪精度下降、实时性变差及多目标跟踪误差大等不足的问题,本文提出了一种改进粒子滤波(particle filter, PF)算法。该算法依据阵列信号处理模型和匀速(constant velocity,CV)模型,建立了机动目标跟踪的状态方程和观测方程作为状态空间模型,并在此基础上,借鉴多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)算法谱函数修改了粒子滤波的似然函数,实现了对目标方位的实时动态跟踪。仿真结果表明,与传统子空间类跟踪算法和标准粒子滤波算法相比,本文方法跟踪精度更高,收敛速度更快,抗噪能力及鲁棒性更强,对轨迹交叉的多目标跟踪性能也更优。      

一种基于模型选择的PF-TBD算法

在目前的基于粒子滤波检测前跟踪(PF-TBD)算法中,对粒子的预测通常是根据单一直线运动模型实现的,在目标机动时由于与运动形式相差较大,影响了跟踪效果。为此,提出一种基于模型选择的粒子滤波检测前跟踪(MM-PF-TBD)算法。该算法由已估计出的目标位置,计算相对偏转角,并以此判定目标当前的运动模式,进而选择相应的运动模型对下一时刻的粒子进行预测,显著提高了对粒子预测的精度。理论分析和仿真实验表明,文中所提算法适用于目标不同的运动形式,有效提高了目标机动时的检测和跟踪性能。     

基于EPF-IMM算法的高机动目标跟踪研究

融合粒子滤波与交互多模算法的优势,提出了一种基于进化粒子滤波的交互多模算法(EPF-IMM)。该算法将遗传进化思想引入到传统的粒子滤波,在粒子迭代中采用遗传算法中的编码、交叉、变异等算子实现粒子的自适应进化且隐含重采样,从而改进其粒子退化现象。然后利用粒子滤波信息,在交互多模型中进行更新运算。既解决了IMM算法对非线性、非高斯环境的适应性问题,又解决了PF的无关联对应模型问题。与标准IMM算法进行高机动目标跟踪性能比较,试验仿真结果表明,EPF-IMM算法的跟踪精度高。     

速度拖引干扰和杂波背景下脉冲多普勒雷达目标跟踪算法

针对在速度拖引干扰和杂波背景下脉冲多普勒(PD)雷达无法精确跟踪目标的问题,该文提出基于双模型(DM)和幅度信息(AI)的目标跟踪算法。分别建立基于位置、幅度量测的跟踪模型和基于位置、速度、幅度量测的跟踪模型。两个模型均使用基于幅度信息的概率数据互联(AI-PDA)尽可能地降低杂波的影响,然后使用常规方法进行滤波估计。若没有速度拖引干扰,则两个模型估计具有位置和速度上的相关性;若存在干扰,由于速度量测是虚假的,则两个模型估计不具有相关性。据此,进行卡方检验(chi-square test),分析影响检验结果的因素,进而确定最终的估计结果。仿真验证了该算法的有效性。     

基于性能边界和量化数据的WSN目标跟踪传感器选择算法

对能量和带宽受限的无线传感器网络下的目标跟踪问题,基于量化的观测数据和条件后验克拉美-罗下界提出一种传感器选择方法.为了节约网络能量和带宽,对传感器接收到的观测数据进行量化压缩,推导了传感器量化数据下目标状态估计的条件后验克拉美-罗下界,将其作为传感器选择和优化的准则,并且利用粒子滤波器给出一种条件后验克拉美-罗下界的近似计算方法.与基于无条件后验克拉美-罗下界和互信息的传感器选择方法进行了对比仿真,结果表明了条件后验克拉美-罗下界作为传感器选择准则的有效性以及对跟踪性能的改进.     

Tracking in Wireless Sensor Networks Using Particle Filtering: Physical Layer Considerations

In this paper, a new framework for target tracking in a wireless sensor network using particle filters is proposed. Under this framework, the imperfect nature of the wireless communication channels between sensors and the fusion center along with some physical layer design parameters of the network are incorporated in the tracking algorithm based on particle filters. We call this approach ldquochannel-aware particle filtering.rdquo Channel-aware particle filtering schemes are derived for different wireless channel models and receiver architectures. Furthermore, we derive the posterior Cramer-Rao lower bounds (PCRLBs) for our proposed channel-aware particle filters. Simulation results are presented to demonstrate that the tracking performance of the channel-aware particle filters can reach their theoretical performance bounds even with relatively small number of sensors and they have superior performance compared to channel-unaware particle filters.     

单站被动目标的多假设距离粒子滤波跟踪

针对单站被动目标跟踪的无距离信息,多假设距离粒子滤波方法利用多个粒子滤波的并行运算,对不同初始距离的粒子滤波器进行计算,利用各子滤波的残差概率对并行处理的粒子滤波运算进行自适应采样实现单站纯方位目标跟踪,并与粒子滤波、多假设距离滤波方法进行比较,仿真结果表明该算法收敛速度快,跟踪精度高。     

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。     

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。     

一种基于幅度特征的对海雷达线性跟踪方法

针对海面复杂目标背景下,多目标跟踪过程中特征辅助优化跟踪精确度低和计算量大等问题,提出一种基于目标幅度特征的对海雷达线性跟踪方法。建立信号幅度的数学模型,将其与计算量线性增长的线性联合综合数据关联(LJIPDA)算法相结合,给出新的基于幅度的线性联合综合数据关联的(LJIPDA-AI)对海雷达线性跟踪方法。仿真验证结果表明,LJIPDA-AI方法较LJIPDA方法有效提高了跟踪精确度,较JIPDA算法有效降低了计算量并提高了跟踪精确度。因此,LJIPDA-AI算法能够显著改善海面复杂目标背景下的多目标跟踪性能。     

基于UT的混合粒子滤波单站无源定位算法

为利用无源固定单站对运动辐射源快速定位,将粒子滤波和UT(unscented transformation)应用于单站无源定位,给出了一种基于UT的角度约束采样混合粒子滤波无源定位算法,该算法从UKF滤波得到建议分布,从该建议分布采样时引入角度测量对状态变量的约束,可以减少粒子滤波用于高维情况时所需的粒子数目,改善滤波性能.与EKF、UKF(unscented kalman filter)以及基于EKF的混合粒子滤波算法的仿真比较表明,本文算法在滤波收敛速度、跟踪精度以及稳定性方面优于其它算法,估计误差可以接近Cramer-Rao下界.     

一种应用粒子滤波器实现混沌通信的方法

该文研究应用粒子滤波器实现混沌通信的问题。组合信号建模技术,提出了一种基于粒子滤波器的实现方法。在发送端,采用加性混沌掩盖或乘性混沌掩盖将信息符号调制在混沌信号上;在接收端,应用粒子滤波器估计信息符号,进而实现混沌通信。仿真结果表明,当信息符号为二进制编码和M进制编码时,基于两种混沌掩盖的通信方案,粒子滤波器均能较好地从噪声混沌信号中恢复信息的编码值;与无先导卡尔曼滤波器相比,前者具有较低的误码率。此外,对比两种混沌通信方案,基于粒子滤波器的加性混沌掩盖通信系统在较高的Eb/N0下的通信性能接近BPSK,具有较低的误码率。     

基于粒子群优化和M-H采样粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法

针对实际应用条件下传感器节点的观测数据与目标动态参数间呈现为非线性关系的特性,提出了一种基于粒子群优化和M-H抽样粒子滤波的传感器网络目标跟踪方法。该方法采用分布式结构,在动态网络拓扑结构下,由粒子群优化和M-H抽样技术实现滤波中的重抽样过程,抑制粒子退化现象,并通过粒子间共享历史信息,降低单个粒子历史状态间的相关性使各粒子能快速收敛至最优分布,从而实现高精度的目标跟踪效果。仿真结果表明,相比现有的基于信息粒子滤波和并行粒子滤波技术的传感器网络目标跟踪方法,所提出的方法能降低网络总能耗,同时保证目标跟踪的精度。