缺失数据下基于带约束粒子滤波的状态估计

实际工业过程具有强非线性非高斯噪声等特点,粒子滤波是一种常用的状态估计方法。带约束粒子滤波通过极大后验概率密度函数原则,将超出约束区域的状态估计值映射到约束区域,保证了状态估计的有效性。本文针对检测值部分缺失和全部缺失两种情况,提出一种缺失数据下的带约束粒子滤波算法。该算法基于贝叶斯原理,分别从先验粒子权值的计算以及状态估计值的映射两方面考虑了缺失数据的影响。仿真例子验证了该算法的有效性。     

基于粒子滤波与线性自回归的故障预测算法

粒子退化是粒子滤波在故障预测应用中存在的主要问题.针对粒子滤波算法样本贫化问题,提出一种基于粒子滤波与线性自回归的故障预测算法.在算法的状态估计阶段,使用混合状态系统模型和粒子滤波算法对系统状态的概率密度函数进行估计,并实时给出故障发生概率;在算法的状态预测阶段,采用线性自回归模型对故障征兆随时间的演化情况进行估计及修正,同时给出剩余使用寿命的概率密度函数.故障预测仿真实验结果证明了算法的有效性.     

基于交互多模型粒子滤波的污水毒素浓度估计

为了更准确地描述各随机因素干扰下细胞毒性过程的动态,结合细胞毒性的基本模型构建了细胞毒性随机混杂模型。基于所建立的模型,将细胞增殖的动态作为评估污水处理过程出水质量的间接指标,利用交互多模型粒子滤波算法提出了一种污水处理过程出水毒素浓度的早期估计方法。交互多模型粒子滤波在过程模式随机变化的情况下可以获得良好的估计效果,同时在运行过程中,采用粒子的加权交互来解决所需粒子数随时间指数增长问题,保证估计速度的同时又具有较高的精确性。不仅能够实时在线进行毒素浓度估计,而且避免了采用高效液相色谱法和液相色谱质谱法对主要毒物浓度的离线测定所需要的高昂成本,可以作为传统化学分析方法的一种高效、经济的补充方法,用于污水处理质量的监测和预警。     

基于AGPF的滚动轴承性能衰退趋势预测

针对粒子滤波算法中粒子退化和计算复杂度问题,提出了一种自适应遗传粒子滤波(AGPF)算法;该算法采用遗传算法代替传统粒子滤波中的重采样方法,并根据粒子数与滤波误差方差之间的关系,自适应调节滤波过程中的粒子数;通过预测滚动轴承的性能衰退趋势,对该方法进行验证,结果表明,AGPF算法能够在保证预测精度的条件下,减少滤波粒子数,更加适用于滚动轴承的性能衰退趋势预测。     

基于粒子滤波的OFDM盲信道估计方法

为了精确估计OFDM系统信道响应,提出一种基于粒子滤波的OFDM信道盲估计方法。该方法将OFDM信道建模为一阶时变自回归模型。利用基于子空间分解的方法得到初始信道响应,通过带反馈的粒子滤波方法更新信道响应和模型参数,实现对OFDM信道的估计。仿真结果表明,该方法不仅能对非时变信道进行有效估计,而且可以较好地跟踪时变信道,算法能够快速收敛。     

基于粒子滤波的分布式故障诊断

针对非线性、非高斯环境下多传感器的系统故障诊断问题,提出了一种新的基于粒子滤波的分布式故障诊断方法。通过粒子滤波得到的状态估计值的全概率分布信息可用于故障检测。首先建立系统分布式故障诊断模型,由于通信限制,假设各传感器只能向信息融合中心传输二进制数。在各观测值独立同分布的条件下,提出了分布式故障诊断算法,包括本地判决的设计和融合中心的准则设计。仿真结果表明了所提出算法的有效性和优越性。     

一种利用粒子滤波的实时交通状态估计方法

将粒子滤波理论和宏观随机交通流模型结合,对高速公路交通状态进行实时估计。在该方法中,高速公路被看作是由等距离的路段首尾相接而形成的模型,交通传感器通常设置在路段的交界处,而且数量远少于所需估计的交通状态。采用压缩状态空间的形式,将模型参数也作为交通状态而非常量进行估计。仿真结果表明粒子滤波方法能够有效地估计和跟踪交通状态的变化,并且与扩展卡尔曼滤波方法相比具有更高的精确度。     

基于Marginalized粒子滤波的卫星姿态估计算法

针对具有矢量观测的卫星姿态估计问题。提出一种基于Marginalized粒予滤波（MPF）的算法．采用Rao-Blackwellization技术,将卫星模型状态向量中的线性状态部分（陀螺漂移）和非线性状态部分（卫星姿态）分开处理,从而使得估计的方差降低．以较少的运算量获得较好的估计效果．通过引入解决含等式约束条件的估计问题方法,保证了姿态四元数的归一化．将所提出的方法应用于某型号卫星．仿真验证了用该算法处理卫星姿态估计问题的优越性．     

HMM隐状态的粒子滤波估计

利用隐马氏模型解决实际问题时,其最终目的往往是隐状态估计问题。传统的Viterbi算法适用范围有限,而粒子滤波通过一组加权样本逼近状态的最优估计,适用于任意非线性、非高斯动态系统状态估计问题。利用粒子滤波的优点,提出了基于SISR的HMM隐状态估计算法,仿真结果表明,该方法比Viterbi算法有更高的估计精度。     

目标跟踪状态估计排序粒子群算法研究

基于视觉的无人机地面目标跟踪状态估计为非线性滤波问题,针对使用一般粒子滤波算法存在粒子退化和计算量大的缺陷问题,提出了一种基于排序的粒子滤波算法,对粒子依误差大小进行排序并计算粒子权重。仿真试验表明,该方法减轻了粒子贫化的影响,提高了状态估计精度。     

基于模糊隶属度的粒子滤波故障预测

针对故障预测具有不确定性的特点,本文将模糊数学中的隶属度函数和粒子滤波算法相结合设计故障预测的方法.新方法利用粒子滤波算法对设备运行的未来状态进行预测,再设计描述设备运行状态的正常隶属度函数和异常隶属度函数,利用计算出的未来状态的预测值计算并比较正常和异常隶属度函数值,依据比较结果对潜在故障进行预测.实验验证了该方法的可行性,可及时准确地预测出系统故障.     

基于压缩感知和粒子滤波的OFDM超宽信道估计

针对通信系统中的正交频分复用(OFDM)超宽信道具有的稀疏多径和含噪声特征,将信道估计问题转换为稀疏信号的重构和优化问题,设计了一种基于压缩感知理论和粒子滤波的OFDM信道估计方法;首先定义和描述了OFDM数学模型,然后在对压缩感知理论模型研究的基础上,采用改进的正交匹配算法对OFDM超宽信道进行重构,为了进一步减少信道重构的误差,将由于正交匹配算法得到的重构信道作为初始的粒子,并将OFDM数学模型转换为动态参数模型,并通过粒子滤波来更新模型中的参数和频率响应,通过不断迭代获得信道的估计值;为了验证文中方法的优越性,将文中方法与经典的正交匹配算法与粒子滤波算法进行比较,结果表明:文中方法能有效地对含噪声的稀疏信号进行估计,具有较小的重构误差,且与其它方法相比,具有较小的归一化均方误差.     

基于高斯混合模型的粒子滤波时频分析算法

根据有限高斯混合模型可以逼近任意概率分布密度函数的思想,提出了一种基于高斯混合模型的非平稳信号粒子滤波时频分析算法.本方法兼顾了算法在频率缓变时的估计精度和频率突变时的动态性能,并结合一种简化的TVAR模型,通过降低估计量维度,较大幅度地改善了计算性能,满足了对非平稳信号进行在线时频分析的要求.实测数据的时频分析试验证...     

基于BO-DKELM的滚动轴承故障诊断

滚动轴承作为旋转机械中的必需元件,其任何故障都可能导致机器乃至整个系统发生故障,从而导致巨大的经济损失和时间的浪费,因此必须要及时准确地诊断滚动轴承故障。针对传统极限学习机中模型参数对滚动轴承故障诊断精度影响较大的问题,提出了一种基于贝叶斯优化的深度核极限学习机的滚动轴承故障诊断方法。首先,将自动编码器与核极限学习机相结合,构建了深度核极限学习机(Deep kernel extreme learning machine, DKELM)模型。其次,利用贝叶斯优化(Bayesian optimization, BO)算法对DKELM中的超参数进行寻优,使得训练数据集和验证数据集在DKELM模型中的分类错误率之和最低。然后,将测试数据集输入到训练好的BO-DKELM中进行故障诊断。最后,采用凯斯西储大学轴承故障数据集对所提方法进行验证,最终故障诊断精度为99.6%,与深度置信网络和卷积神经网络等传统智能算法进行对比,所提方法具有更高的故障诊断精度。     

基于PF和UKF的水下目标运动估计方法研究

针对无人水下航行器（UUV）目标跟踪控制需求,分别提出了水下目标的粒子滤波（PF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）运动估计方法,建立了目标运动参考坐标系,给出了坐标系之间转换基本方法;设计了建立了目标的典型运动模型和非线性随机运动模型,利用前视声呐实测实验数据,完成水下目标运动估计。通过与扩展卡尔曼滤波器（EKF）的目标运动估计对比仿真实验,验证了PF和UKF两种目标运动估计方法的有效性。     

基于运动特征的颜色粒子滤波器

传统颜色粒子滤波器不能对跟踪状态进行自我判断,粒子容易失效,导致目标跟偏甚至跟丢。针对该问题,设计一种基于运动特征的颜色粒子滤波器。在分析目标运动特征的基础上,改进系统运动模型,建立自适应背景颜色尺度;在跟踪过程中通过最优估计速度和加速度来判断粒子滤波器的跟踪状态,建立相应的捕获机制以跟踪目标。实验结果证明,改进的颜色粒子滤波器能对与背景相似的运动目标进行有效准确的跟踪。     

改进粒子滤波在汽轮机故障诊断中的应用

针对汽轮机的振动信号容易受到较为复杂的随机噪声污染,提出了一种改进粒子滤波的振动信号降噪方法;首先建立采集振动信号的数学模型,将其作为粒子滤波的状态方程;然后利用小波分析提取采集振动信号的背景噪声,将其和状态信号一起作为观测信号,得到观测方程,把降噪问题转化成在状态空间模型下的滤波问题;由于采用序贯重要性采样的粒子滤波存在着样本退化问题,在重采样阶段采用了一种权值排序、优胜劣汰的重采样算法,就是对各粒子的归一化权值从小到大的排列顺序,并根据权值方差大小淘汰粒子,从而得到了改进的粒子滤波算法,在一定程度上解决了标准粒子滤波的退化问题;进而运用改进粒子滤波算法对振动信号进行降噪处理,降噪前信号和降噪后信号分别通过小波包分解系数求取频带能量,根据各个频带能量的变化提取故障特征向量浓缩了汽轮机振动故障的全部信息,对提取的故障特征向量应用诊断识别算法进行故障模式识别;通过对比降噪前信号和降噪后信号的故障诊断识别率,证明了改进粒子滤波在汽轮机故障诊断中的应用效果更佳。     

灰色极限学习机在滚动轴承故障预测中的应用

针对较强噪声环境下的滚动轴承故障预测问题,为提高轴承故障预测的精度,提出并研究了一种新的滚动轴承预测技术;采用将灰色模型和极限学习机(ELM)相结合的方法,针对轴承运行状态值的非线性特点,先将样本数据进行灰色处理,解决数据的随机性和波动性问题,然后代入学习速度快,泛化精度高的ELM神经网络进行训练;在训练完毕后,对未来的轴承运行状态数据进行分析,将其与轴承设备的理论诊断标准相比较以达到故障预测的目的。