基于随机摄动粒子滤波器的故障预报算法

针对粒子滤波算法在故障预报中的大计算量和粒子退化问题,提出一种基于随机摄动粒子滤波器的故障预报算法.当粒子退化严重时,对粒子用随机摄动方式进行再采样,一方面可改进样本的多样性,缓解粒子退化;另一方面可缩短再采样时间,减少计算量,从而提高粒子滤波算法的跟踪能力.仿真结果表明该算法可行,能及时准确地对系统故障进行预报.

     

强跟踪粒子滤波算法及其在故障预报中的应用

粒子退化和对突变状态的跟踪能力差是粒子滤波在故障预报应用中存在的主要问题. 再采样粒子滤波虽可缓解粒子退化, 但易导致样本贫化; 扩展粒子滤波也可在一定程度上解决退化问题, 但难以跟踪突变状态. 本文提出了强跟踪粒子滤波算法, 将强跟踪滤波引入粒子滤波更新粒子, 产生重要性密度, 缓解粒子退化和样本贫化问题, 提高跟踪突变状态的能力. 仿真结果显示该算法可行并能及时准确地预报系统故障.     

随机加权粒子滤波

研究粒子滤波方法优化问题,粒子退化是传统粒子滤波存在的致命缺陷.由于粒子退化,导致滤波精度的明显下降.针对粒子退化问题,在研究随机加权估计和粒子滤波算法的基础上,提出了一种新的随机加权粒子滤波算法.算法通过对样本进行随机加权,克服了传统粒子滤波算法中的粒子退化问题,保证了粒子的多样性.仿真结果表明,在小子样条件下,随机加权粒子滤波比经典粒子滤波的精度高.在大样本下二者的性能相同.但随机加权粒子滤波不需要重采样,因而算法简单,计算量小,更适合非线性非高斯系统模型的滤波计算,可为实际应用提供参考.     

基于模糊贴近度的粒子滤波故障预测

复杂设备的故障特征具有不确定性,非线性等特点,为预防故障可能造成的严重后果,提高故障预测准确性是非常必要的.针对故障预测具有不确定性的特点,本文将模糊数学中的模糊贴近度和粒子滤波算法相结合设计故障预测的方法.新方法利用隶属度函数设计了描述系统运行正常的正常模糊子集和运行异常的异常模糊子集,利用粒子滤波算法计算系统运行的预测值,并计算预测值的正常隶属度;再分别计算预测值的正常隶属度与正常模糊子集和异常模糊子集的贴近程度来实现故障预报.该方法通过三容水箱系统T2水箱水位变化预测三容水箱系统是否出现故障和通过UH-60行星齿轮盘裂纹何时开始增大的故障进行实验,并同基于改进余弦相似度的粒子滤波故障预报、基于随机摄动粒子滤波器的故障预报算法和基于粒子滤波的FDI方法进行了对比.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.     

基于权值选择的粒子滤波算法研究

退化现象是粒子滤波算法应用中的一个主要问题,常规的再采样方法虽可解决退化问题,但容易导致粒子耗尽.对此,提出一种基于权值选择的粒子滤波算法.按照粒子权值的大小选择较好的粒子用于滤波,以增加样本的多样性,从而缓解粒子滤波的退化问题.仿真结果表明,所提出的算法是可行的.     

一种新的粒子滤波算法在INS/GPS组合导航系统中的应用

为改善传统粒子滤波中的样本退化和样本枯竭问题, 提出一种新的粒子滤波算法. 在重要性采样中, 利用最新测量值, 结合差分滤波算法产生重要性函数; 在再采样中, 利用高斯混合模型近似状态的后验概率密度, 引入最大期望算法计算该高斯混合模型的参数, 并从该新分布中采样后验粒子集, 取代传统的再采样. 从而通过提高重要性函数对状态后验概率密度的逼近程度来缓解样本退化问题, 通过改进再采样实现过程来缓解样本枯竭问题. 把新算法应用到INS/GPS组合导航系统中, 仿真结果表明新算法的估计性能明显优于粒子滤波.     

基于二阶插值滤波的粒子滤波改进算法研究

粒子退化等问题严重制约了粒子滤波的工程应用,通过对粒子滤波的分析与总结,提出一种基于二阶插值滤波的粒子滤波改进算法,利用二阶插值滤波器计算出更优的重要性函数,从而有效抑制粒子滤波的退化,降低了计算量,通过对导弹再入时的非线性导航参数估计问题进行实例仿真分析,所得结果验证了该算法的有效性.     

粒子滤波器及其在卫星姿态估计中的应用

粒子退化和计算量较大是限制粒子滤波应用的主要问题,常规的重采样方法虽然可以缓解粒子退化,但却容易导致粒子枯竭,且计算量较大,因此本文提出了基于混沌摄动的均值逼近粒子滤波器。按权值大小将粒子分组后,用均值替换权值较小的粒子,可使粒子从低似然区向高似然区域逼近。用Kullback信息描述均值逼近产生的粒子分布与似然分布的差别,通过迭代发现Kullback信息是递减的,从而证明该算法是合理的。混沌摄动重采样算法,用类似载波的方法将具有全局遍历性的混沌变量引入,更增加了粒子的多样性。另外,将本算法应用于某型导弹的姿态估计问题中,仿真结果显示了新算法的有效性。     

人工免疫粒子滤波算法的研究

退化现象是应用粒子滤波算法的一个主要障碍,常规的再采样方法虽然可解决退化问题,但容易产生粒子耗尽现象.针对上述问题,将人工免疫算法引入粒子滤波,提出了人工免疫粒子滤波算法.通过人工免疫算法寻找较好的粒子用于估计,以增加粒子集的多样性,从而缓解了粒子滤波的退化现象并解决了粒子耗尽问题.仿真结果表明该算法是可行的.     

自适应不完全重采样粒子滤波器

针对传统重采样算法易引起粒子贫化的问题,提出了自适应不完全重采样粒子滤波 (A particle filter based on adaptive part resampling, APRPF)算法. APRPF以分步的方式仅对部分粒子进行重采样,以递推的方式计算表征 粒子退化程度的度量函数(Measurement of particle degeneracy, MPD),直到满足给定条件.重采样后的粒子由新生粒子 和未参与重采样的粒子组成,前者的存在有助于缓解退化问题,后者可使粒子集保 持一定多样性.实验结果表明,与标准粒子滤波(Sampling importance resampling, SIR)、辅助变量粒子滤波(Auxiliary particle filter, APF)、正则化粒子滤波(Regularized particle filter, RPF) 三种滤波器相比, APRPF的估计精度高;由于平均重采样次数少,计算量也小.     

基于进化采样的粒子滤波算法

在粒子滤波算法中, 重采样的引入有效地改善粒子退化现象, 但同时也导致了粒子多样性减弱问题的产生. 本文给出了一种基于进化采样的改进粒子滤波算法. 该算法在重采样过程后, 首先根据马尔可夫链蒙特卡罗(Markov-Chain-Monte-Carlo, MCMC) 技术和遗传算法中的模拟二进制交叉原理生成候选粒子, 并利用适应度函数完成对于其权重的度量. 然后结合当前时刻的重采样粒子构建候选粒子集, 进而提升了重采样后粒子的多样性, 最终依据粒子自身的权重实现粒子的优选. 仿真结果表明: 该算法可有效地提高     

加权逼近粒子滤波算法及其应用

针对常规粒子滤波存在的粒子退化、粒子枯竭和运算量大等问题,提出了一种新颖的加权逼近粒子滤波算法(weight approaching particle filter,WAPF).在重采样前按粒子–权值大小将粒子集分组,用两组粒子的加权值覆盖权值较小的粒子,这样便可以使部分粒子从低似然区向高似然域逼近.借用Kullback信息描述加权逼近产生的粒子分布与似然分布的差别,通过迭代发现Kullback信息是递减的,这说明加权逼近粒子滤波算法是合理的.混沌摄动重采样算法,用类似载波的方法将具有全局遍历性的混沌变量引入,更增加了支持粒子集的多样性,且具有较少的运算量.仿真结果显示了所提算法的有效性.     

基于模糊支持度采样的粒子滤波算法

针对粒子滤波中重采样导致粒子多样性减弱造成的滤波精度下降问题,给出了一种基于模糊支持度采样的改进粒子滤波算法;该算法在重采样过程后,首先根据MCMC(Markov Chain Monte Carlo)原理抽取候选粒子,然后依据重采样粒子和候选粒子自身数据中的蕴含信息,并结合模糊理论构建支持度函数和支持度矩阵,以充分地提取数据中的有效信息,在增强粒子多样性的同时实现其对于粒子的优选;最后仿真结果表明,该算法可有效地提高对于系统状态的估计精度。     

一种基于小生境技术的群智能粒子滤波算法

针对基本粒子滤波存在严重的退化问题和重采样技术导致粒子枯竭的问题,提出一种新型粒子滤波算法——基于小生境技术的群智能优化粒子滤波算法.通过多模寻优增强粒子的多样性和寻优能力,使得采样后的粒子向高似然区域移动,从而有效地提高了系统状态估计精度.仿真实验表明,该算法是有效而稳定的.     

基于人工鱼群的无轨迹粒子滤波算法

针对粒子滤波算法中粒子退化现象及重采样所带来的粒子贫化问题,提出一种基于人工鱼群的无轨迹粒子滤波算法。采用无轨迹变换选取优化的重要性密度函数,将人工鱼群的智能思想引入到粒子滤波中代替重采样过程,通过觅食、聚群和追尾行为找到全局最优位置,驱动粒子向最优点靠近,从而增加粒子多样性。仿真结果表明,与传统的无轨迹粒子滤波和常规粒子滤波相比,该算法在估计精度上有显著的提高。     

基于粒子滤波重采样与变异操作的改进粒子群算法

针对标准粒子群优化(PSO)算法在求解过程中存在求解精度低、搜索后期收敛速度慢等问题,提出一种基于粒子滤波重采样步骤与变异操作相结合的改进PSO算法——RSPSO。该算法充分利用重采样中具有较大权值的粒子被保留和复制、较小权值的粒子被舍弃的特点,并利用已有的变异操作方法克服粒子匮乏的缺点,大大增强了PSO算法中后期搜索阶段的局部搜索能力。在不同基准函数下对RSPSO算法和标准PSO算法以及文献中其他改进算法进行对比。实验结果表明, RSPSO算法的收敛速度较快,同时其搜索精度和解的稳定性均有所提高,且能够全局地解决多峰问题。     

一种改进的粒子滤波跟踪算法

传统粒子滤波跟踪算法的退化现象和巨大的计算量不利于其应用,尤其在实时性要求较高的视频监控场合。引入均值漂移算法进行粒子的采样调整,采用积分直方图加快每个粒子的直方图计算速度,以改进传统粒子滤波跟踪算法的速度和跟踪效果,满足实时跟踪需要。实验结果证明了改进算法的有效性。