雷达目标跟踪中的典型非线性滤波算法研究

在雷达信号处理领域,目标跟踪问题一直是研究的重点,其中,非线性滤波问题是难点所在。本文主要研究了三种典型非线性滤波算法,详细介绍了算法基本原理及实现步骤,并基于典型的一维非线性非高斯模型对算法滤波性能进行了仿真分析。实验结果表明,在非线性非高斯条件下,粒子滤波算法的滤波性能最优,不敏卡尔曼滤波算法次之,卡尔曼滤波算法最差。     

非线性滤波算法性能对比

随着目标运动的多样性和复杂化,雷达非线性目标跟踪算法越来越受到重视。本文对目前非线性滤波的主要算法即扩展卡尔曼滤波、不敏卡尔曼滤波、粒子滤波的滤波模型、适用条件、性能进行了分析比较,通过一个非线性非高斯模型进行了仿真,验证了这些算法的性能,仿真结果表明非线性条件下粒子滤波算法要明显优于其它两种滤波算法。     

改进的交互式多模型粒子滤波跟踪算法

通常的交互多模型卡尔曼滤波(IMMKF)或交互多模型扩展卡尔曼滤波(IMMEKF)对于非高斯问题无能为力;对于非线性问题,其性能不及交互多模型粒子滤波算法(IMMPF)。粒子滤波能够处理非线性/非高斯问题,其与交互式多模型结合用来获得更好的跟踪性能。然而,粒子滤波的主要问题是巨大的计算量,由于粒子滤波通常采用大量的粒子数目,将带来很大的计算负荷。该文提出了一种改进的交互多模型粒子滤波算法,其利用多模型综合使用了卡尔曼滤波和粒子滤波,与常规交互式多模型粒子滤波(IMMPF)相比,大大改善了计算效率。对于非线性/非高斯问题,其性能与IMMPF相当;对于线性问题,其性能与IMMEKF相当,并优于IMMPF的性能。     

一种基于卡尔曼滤波及粒子滤波的目标跟踪算法

针对卡尔曼跟踪算法在非线性非高斯情况下跟踪结果不再准确,以及粒子滤波跟踪算法计算量大难以满足实时性的缺陷,提出了卡尔曼滤波及粒子滤波相结合的算法。利用卡尔曼滤波进行跟踪得到候选目标并计算目标模型与候选模型的匹配程度,若与目标模型匹配度小于一定阈值,则转换跟踪方式利用粒子滤波进行跟踪来修正卡尔曼滤波结果;同时,采用"模板缓冲区法"对目标模型进行更新以保证跟踪的连续性、稳定性及准确性。实验结果表明,这种跟踪算法既发挥了卡尔曼滤波的实时性又保持了粒子滤波的准确性,有较好的跟踪性能。     

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。     

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。     

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。     

改进的多特征融合粒子滤波视频跟踪算法

视频运动目标的跟踪是一个典型的非线性、非高斯问题,粒子滤波是一个解决非线性、非高斯问题的主流方法,粒子滤波技术具有非线性等特性,在目标跟踪过程中得到了广泛的应用。传统粒子滤波跟踪算法的退化现象严重,经过几次迭代递推,权重方差随着时间推移而增大,为解决该问题引入均值漂移算法,调整初始粒子分布,使粒子集中于邻近的局部极大值区域内,以减少退化现象的发生。并且将颜色特征和边缘特征融合在粒子滤波跟踪算法中,在传统算法基础上提出改进,加入优化机制,使粒子的权值分布更加接近实际情况。实验结果表明了该算法的有效性。     

机动再入目标的FGPF-BLUE跟踪

机动再入目标的运动具有明显的非线性,其观测又往往在传感器坐标系下进行,构成强非线性的跟踪问题.为了克服扩展卡尔曼滤波和粒子滤波在跟踪精度和实时性方面的缺点,提出了一种新型的非线性跟踪算法.新型的FCPF-BLUE滤波将快速高斯粒子滤波的预测步骤与最优线性无偏估计的更新步骤相结合,是一种半蒙特卡罗滤波方法.建立了机动再入...     

基于粒子滤波的弹道目标跟踪

弹道目标再入段的运动受到空气阻力、重力等力的影响,具有明显的非线性特征.传统的卡尔曼滤波是线性、高斯问题的最优滤波器,但无法处理非线性的估计问题.扩展卡尔曼滤波利用泰勒级数展开把非线性方程线性化,是解决非线性估计问题的有效算法;而近些年来出现的粒子滤波以其解决非线性问题的卓越性能,得到了迅速发展.文章对弹道目标再入段的运动特征进行研究,建立了目标的状态空间模型,并应用扩展卡尔曼滤波和粒子滤波实现了对弹道目标的跟踪.通过比较仿真结果,证明粒子滤波比扩展卡尔曼滤波精度更高,对噪声的抑制能力更强,也更稳定.因而具有重大的研究意义.     

一种卡尔曼滤波与粒子滤波相结合的非线性滤波算法

提出一种基于卡尔曼滤波与粒子滤波的非线性滤波算法.这种方法对于状态变量服从线性变化而观测方程为非线性的动态系统模型具有显著的效果.首先使用粒子滤波对状态变量进行初估计,然后对估计结果进行卡尔曼滤波,另外推导出该系统模型下状态变量估计误差的克拉美劳下界.通过计算复杂度分析及仿真实验验证,表明新方法与标准粒子滤波算法复杂度相当,但参数估计精度要高于标准粒子滤波以及扩展卡尔曼滤波算法,估计误差甚至要低于系统模型的克拉美劳下界.     

基于T-S模糊模型的非线性系统状态估计

现实世界中的动力系统大多是非线性的,而非线性系统的状态估计方法目前主要有扩展卡尔曼滤波,无味滤波,粒子滤波等,但它们对于非线性程度很高的系统滤波结果不是很理想。若用模糊规则模型去逼近非线性系统,基于规则理论去寻求状态的估计,则估计性能能够得到较大的改善。将模糊推理理论与Kalman滤波结合,用线性的方法逼近非线性模型,提出一种对非线性系统目标状态估计的新方法,给出了具体的处理过程,仿真实验支持理论结果     

Improved particle filter based on fine resampling algorithm

In order to solve particle degeneracy phenomenon and simultaneously avoid sample impoverishment,this paper proposed an improved particle filter based on fine resampling algorithm for general case,calle...     

UPF算法在惯导非线性初始对准中的应用

惯性导航系统（INS）的初始对准误差模型通常为非线性的,对于估计惯导误差普遍采用的是扩展卡尔曼滤波算法（EKF）,该方法是在一阶泰勒展开的基础上近似得到的,因而误差较大。粒子滤波算法一种新颖的非线性滤波算法,它较传统的EKF算法具有稳定性好,适用范围广的优点。该文首先介绍了作为粒子滤波理论基础的递推贝叶斯估计的基本概念,说明了重要性函数对于粒子滤波器的设计是至关重要的。随后,给出了一种将不敏卡尔曼滤波（UKF）算法作为重要性函数的UPF算法,并提出将其用于静基座条件下的惯导系统非线性初始对准,通过计算机仿真对比了UPF和EKF的估计效果。仿真结果表明,UPF算法较传统的EKF算法对准时间更快,对准精度更高。     

Tracking application about singer model based on marginalized particle filter

This article deals with the problem of maneuvering target tracking which results in a mixed linear/non-linear model estimation problem.For maneuvering tracking system,extended Kalman filter (EKF) or particle filter (PF) is traditionally used to estimate the states.In this article,marginalized particle filter (MPF) is presented for application in a mixed linear/non-linear model estimation problem.MPF is a combination of Kalman filter (KF) and PF.So it holds both advantage of them and can be used for mixed linear/non-linear substructure,where the conditionally linear states are estimated using KF and the nonlinear states are estimated using PF.Simulation results show that MPF guarantees the estimation accuracy and alleviates the potential computational burden problem compared with PF and EKF in maneuvering target tracking application.     

基于自适应粒子滤波算法的对海跟踪研究

机载雷达对海面慢速运动目标跟踪时存在非高斯非线性状态估计问题,传统的卡尔曼滤波器跟踪不仅会产生目标定位偏差,而且会造成航迹起伏。文中将自适应粒子滤波算法应用到具有闪烁噪声背景下的海面目标跟踪问题中,此算法可根据预测粒子在状态空间中的分布情况自适应选择粒子数量,从而在保证跟踪精度的同时减少了算法的运算量。仿真结果表明,自适应粒子滤波器可实现对闪烁噪声背景下的慢速目标高精度定位跟踪,且跟踪性能优于标准粒子滤波器,具有工程实用价值。     

基于观测迭代的插值粒子滤波算法

基于序贯重要性抽样(SIS)及贝叶斯理论的粒子滤波能够很好地处理非线性及非高斯问题。如何选取重要密度函数以减小粒子退化影响提高粒子滤波精度是粒子滤波的主要问题之一。传统粒子滤波器以高斯分布作为参考分布。由于没有利用新的观测,通常需要大量的粒子才能准确表达状态后验分布。本文采用基于观测迭代的插值参考分布提高重要密度函数估计精度,减少了后验概率密度估计误差,同时结合观测系统的最近一次的量测,更好的匹配后验概率密度。 仿真结果显示该滤波器要优于其他粒子滤波器。      

基于权重一致性优化的实时Marginalized粒子滤波算法

针对Marginalized粒子滤波中随机量测噪声对于非线性状态估计精度的不利影响以及线性状态估计中计算量较大问题,提出了一种基于权重一致性优化的实时Marginalized粒子滤波算法.首先,结合量测系统建模中先验信息的提取和利用,通过粒子权重间一致性距离和一致性矩阵的构建,提出了量测提升策略下权重的一致性优化方法,以改善粒子滤波在非线性状态估计中的滤波精度.其次,通过对Marginalized粒子滤波实现中时间更新和量测更新环节的结构优化,给出了实时Marginalized粒子滤波,以降低蒙特卡罗仿真实现下卡尔曼滤波在状态线性估计中的计算复杂度.最后,在两者的动态结合基础上给出了新算法具体实现步骤.利用基于单站雷达目标跟踪仿真场景,分析了算法性能.理论分析和仿真实验结果验证了算法的可行性和有效性.