非线性滤波算法在机动目标跟踪中的研究

介绍了3种最基本非线性滤波算法--扩展卡尔曼滤波(EKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)和粒子滤波(PF)算法的理论在机动目标跟踪中的应用.通过仿真试验对三者性能进行了分析比较.     

基于改进粒子滤波的机动目标自适应跟踪算法

在粒子滤波的基础上融合扩展卡尔曼滤波算法,融合后的算法在计算提议概率密度分布时,充分考虑当前时刻的量测,使粒子的分布更加接近状态的后验概率分布.将此改进粒子滤波算法在"当前"统计模型框架下进行机动目标自适应跟踪.仿真实验验证了该种方法对机动目标的良好自适应跟踪性能.     

改进粒子滤波算法在目标跟踪中的应用

针对粒子滤波算法的粒子匮乏现象和计算量大的问题,提出了一种改进粒子滤波算法.该算法利用径向基神经网络的最佳逼近特性,提高先验概率密度估计精度,消除噪声引起的估计误差,利用支撑向量回归法实现较少粒子的高精度跟踪.将该算法应用到目标跟踪技术中,仿真结果表明该算法的精度和稳定性优于粒子滤波和无迹粒子滤波,可实现实时鲁棒跟踪.视频目标的跟踪试验也表明该算法对有遮挡现象的跟踪问题跟踪效果明显,具有广泛的应用价值.     

一种实用的融合方法在辅助粒子滤波中的应用

研究机动目标跟踪优化问题,传统的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF),无迹卡尔曼滤波(UnscentedKalman Filtering,UKF)跟踪机动目标强非线性系统,滤波精度有限,并存在噪声。为了提高跟踪滤波的精准性和可靠性,提出建立一种协同转弯非线性模型,将辅助粒子滤波(Auxiliary Particle Filtering)和数据融合相结合的跟踪滤波算法。辅助粒子滤波在重采样前对各个粒子权值依据似然函数进行修正,同时采用一种将多个滤波器结合的实用的数据融合方法,可以进一步提高滤波精度。经仿真表明,算法能减小运算量,并能很好的提高跟踪滤波精度。     

改进型粒子滤波算法在多站纯方位被动跟踪中的应用

针对多站纯方位被动定位与跟踪问题,给出了一种基于均匀重采样和带白适应因子的改进型粒子滤波算法．首先,基于无迹卡尔曼（UKF）粒子滤波器,将参考分布融入最新观测信息,得到符合真实状态的后验概率分布：借助重采样和使用鲁棒估计,改善了粒子滤波的退化问题．其次,引入自适应因子以调整UKF的状态模型协方差与观测模型协方差的比例,得到较高精度的概率分布．仿真结果表明,改进的粒子滤波算法能够实现多站纯方位被动跟踪,比传统非线性滤波器有更高的跟踪精度．     

区间量测下基于无迹变换的伯努利粒子滤波算法

针对区间量测下目标的实时检测与跟踪问题,提出基于无迹变换的伯努利粒子滤波算法(Bernoulli- Upf).该算法在伯努利粒子滤波算法(Bernoulli-pf)的基础上融合无迹卡尔曼滤波(UKF),融合后的算法在预测步骤产生持续存活粒子时,充分考虑到当前时刻的量测,从而引导粒子向高似然区域移动,使得粒子分布更加接近真实状态的后验分布.仿真实验表明,Bernoulli-Upf算法的估计精度优于Bernoulli-pf算法.     

粒子滤波在无线传感器网络目标跟踪中的应用

将粒子滤波（PF）算法应用于无线传感器网络（WSNS）的目标跟踪,并给出了粒子滤波实现的具体步骤。动态组织传感器网络节点成簇,实现了对网络中做匀速直线运动的单个目标的跟踪。分别采用扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）和PF算法进行了仿真试验。结果表明,在无线传感器网络目标跟踪领域,PF算法比EKF算法、UKF算法的滤波精度更高,性能更好,并且在实际应用中,由于该算法能够有效解决非线性、非高斯环境中的目标跟踪问题,实现简单而增强了可用性。     

融合目标特征和空间信息的粒子滤波跟踪

传统的基于颜色直方图的粒子滤波跟踪算法不能很好地利用跟踪对象的空间结构信息,因此在邻域颜色相似或目标模型微小变化时,不能取得良好的跟踪效果。提出一种融合目标特征和目标空间位置信息的粒子滤波跟踪算法,该算法鉴于目标空间位置包含跟踪对象一定的结构信息,可以和目标特征互为补充,利用定义的融合目标特征和目标空间位置的度量函数来进行跟踪对象相似度度量,以提高跟踪算法的稳健性和精确性。同时针对粒子滤波计算粒子相似度时可并行的特点,运用OpenMP共享存储并行计算进行粒子滤波跟踪的加速。实验表明,基于融合目标特征和空间信息的粒子滤波跟踪算法能得到更鲁棒的跟踪效果,可以有效地提高目标跟踪的速度。     

一种机动目标的跟踪算法研究

目前在机动目标跟踪领域中讨论比较多的算法包括扩展卡尔曼滤波算法、强跟踪算法、UKF算法和粒子滤波算法;扩展卡尔曼滤波算法对非线性方程进行一阶线性阶处理,这种近似所带来的误差会随着非线性化程度的严重而越来越显著,最终造成滤波器的发散;而粒子滤波作为一种基于蒙特卡洛方法的贝叶斯滤波算法,虽然不需要对非线性方程进行一阶近似,但是其计算负担过于繁重,很难满足实时性的要求,提出了一种基于粒子滤波（PF）的径向基（RBF）神经网络（PF—RBF—Neural—Networks）机动目标跟踪算法,该算法能够获得和粒子滤波几乎相同的跟踪精度,同时又克服了粒子滤波计算量大的缺陷,仿真结果验证了该算法的有效性和可行性。     

自适应尺度目标跟踪算法

针对复杂情况下变尺度目标跟踪问题,提出一种基于粒子滤波的自适应尺度目标跟踪算法.根据参考目标的颜色分布,将参考目标分为多个区域,每个区域的颜色分布用高斯模型表示,区域的位置关系构成了对参考目标的空间约束;根据目标分割区域的颜色分布和空间约束关系构造目标外观模型,结合粒子滤波搜索目标位置并检测目标的尺度变化.目标外观模型同时包含了空间及颜色信息,提高了跟踪算法在复杂情况下检测目标尺度变化的可靠性和准确性.实验结果表明,该算法在目标具有明显尺度变化、姿态改变和部分遮挡的情况下,可以获得准确和鲁棒的跟踪结果.     

一种用于目标跟踪的改进粒子滤波算法

为解决目标跟踪中粒子滤波算法的估计精度、粒子退化问题,提出一种改进的粒子滤波算法。在粒子滤波的基础上,利用UKF生成粒子滤波的建议分布,以改善滤波效果,在无味粒子滤波的基础上,融合典型的MCMC抽样算法,减少传统算法未考虑当前量测对状态的估计作用所带来的影响,增加采样粒子多样化。将该算法应用于具有非线性、非高斯特点的目标跟踪问题中,仿真结果表明,与普通的粒子滤波算法相比,其跟踪精度和滤波效果有较大提高。     

非线性自适应平方根无迹卡尔曼滤波方法研究

针对带有附加噪声且噪声特性未知的系统,提出了一种非线性卡尔曼滤波方法--自适应平方根无迹卡尔曼滤波（NASRUKF）方法,该方法基于平方根滤波的思想,对传统的Sage-Husa自适应滤波算法进行了改进,并与平方根无迹卡尔曼滤波（SRUKF）算法相结合用来进行非线性滤波。该算法能直接对非线性系统的状态方差阵和噪声方差阵的平方根进行递推与估算,确保状态和噪声方差阵的对称性和非负定性。将所提方法通过计算机仿真技术与SRUKF算法进行对比,结果表明NASRUKF方法在滤波精度、稳定性和自适应能力方面均优于SRUKF方法。     

改进UKF算法在天波超视距雷达中的应用

针对传统的无损卡尔曼滤波(UKF)算法在对天波超视距雷达进行目标跟踪的过程中存在滤波发散和初始收敛速度慢等问题,提出一种改进的UKF算法。通过引进调节因子对状态矢量和观测矢量的协方差作实时调整,以达到提高滤波结果中状态信息与观测信息的正确率和雷达跟踪系统性能的目的。仿真结果表明,该算法在处理目标跟踪问题时,既可有效抑制UKF算法的发散,又可提高跟踪系统的收敛速度。     

UPF在GPS多路径信号延迟估计中的应用

多径信号延迟估计与多径干扰抑制技术一直是卫星导航领域的一个研究热点。在分析近距离镜面多径信号时间延迟特性的基础上,提出一种基于无迹粒子滤波的多路径信号延迟估计方法。给出标准的粒子滤波算法模型,讨论无迹粒子滤波算法在多路径信号延迟估计中的应用,描述算法的推导过程。计算机模拟结果验证了该算法的有效性。     

FAST-SR-UKF算法及其在组合导航系统中的应用

为解决无迹卡尔曼滤波（UKF）算法在组合导航应用中遇到的系统模型不确定、系统噪声统计特性未知以及计算误差较大等问题,提出了模糊自适应强跟踪平方根无迹卡尔曼滤波（FAST-SR-UKF）算法,该算法不仅具有传统UKF的优势,而且包含如下特点：通过模糊自适应强跟踪模块,增强了系统对模型不确定性以及噪声统计参数未知的适应能力;利用平方根滤波的思想,提高了模糊自适应强跟踪无迹卡尔曼滤波算法的数值稳定性,改善了由于计算误差导致的滤波发散问题。仿真结果表明：相对于传统的UKF算法,该算法精度更高、鲁棒性更强。     

自适应UKF算法在目标跟踪中的应用

针对目标跟踪中系统噪声统计特性未知导致滤波发散或者滤波精度不高的问题, 提出了一种自适应无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter, UKF)算法.该算法在滤波过程中,利用改进的Sage-Husa估 计器在线估计未知系统噪声的统计特性,并对滤波发散的情况进行判断和抑制, 有效提高了滤波的数值稳定性,减小了状态估计误差. 仿真实验结果表明,与标准UKF算法相比,自适应UKF算法明显改善了目标跟踪的精度和稳定性.     

高动态下基于AUKF的载波跟踪算法

当载体处于高动态运动状态时,GPS接收机载波跟踪信号极易受到外部环境不确定因素的影响。若采用标准的无迹卡尔曼滤波 (UKF),在先验的噪声统计特性与实际的噪声统计特性不相符时,状态估计性能将变差甚至发散。针对上述问题,提出采用主从式自适应UKF的算法(AUKF)。AUKF能自适应调整过程噪声方差,从而达到减小模型估计误差、抑制滤波发散的目的。Matlab仿真结果表明,在高动态下噪声统计特性发生变化时,基于AUKF的载波跟踪算法具有较好的稳定性。     

模糊自适应卡尔曼滤波技术研究

本文提出了一种基于模糊自适应卡尔曼滤波技术的组合导航的新方法．这一方法主 要应用于自主式机动飞行器．用模糊逻辑自适应控制器对卡尔曼滤波器的噪声方差进行“在 线”修正,将卡尔曼滤波器调整到最优状态,从而提高组合导航系统的精度．通过对GPS/IN S组合导航系统的仿真,验证了模糊自适应卡尔曼滤波器比常规卡尔曼滤波器具有更高的精 度．该方法的研究对飞行器的导航与制导具有重要意义．     

基于UKF的闪烁噪声机动目标跟踪

闪烁噪声下的机动目标跟踪是一个非线性非高斯系统滤波问题,传统的卡尔曼理论很难保证其跟踪精度.文中提出了一种基于UKF的闪烁噪声机动目标跟踪算法,首先对目标系统的状态方程进行无味变换,然后再进行滤波估计,以减小跟踪误差.UKF不需要求导,它能比EKF更好地迫近目标运动模型的非线性特性,具有更高的估计精度,计算量却与EKF同阶.在仿真实验中采用"协同转弯模型"作为机动目标的运动模型,雷达的量测方程也是非线性的,分别应用UKF和EKF跟踪闪烁噪声下的机动目标,结果表明,UKF能够较好地解决闪烁噪声下跟踪机动目标的难题,其跟踪精度要远远高于EKF.     

一种新的高动态GPS载波跟踪算法

提出了基于无迹粒子滤波（UPF）算法的高动态GPS载波跟踪环路,仿真分析了该方案在高斯噪声和非高斯噪声环境下对高动态GPS信号的跟踪性能,并与分别基于扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）、粒子滤波（PF）及扩展卡尔曼粒子滤波（EPF）这四种算法的载波跟踪环路进行了性能对比。仿真结果表明,基于UPF估计器的载波跟踪环路在高动态、弱信号以及非高斯噪声环境下具有优越的跟踪性能,既可以提高跟踪精度,又解决了非高斯噪声干扰问题。通过模拟实验验证了该方案的有效性。