Cubature粒子滤波

非线性非高斯下后验概率密度函数解析值无法获得,需设计合理的重要性密度函数进行逼近。传统粒子滤波(particle filter, PF)直接采用未含最新量测信息的状态转移先验分布函数作为重要性密度函数来逼近后验概率密度函数。针对PF缺乏量测信息的问题,提出一种基于Cubature卡尔曼滤波(Cubature Kalman filter, CKF)重采样的Cubature粒子滤波新算法(Cubature particle filter, CPF)。该算法在先验分布更新阶段融入了最新的观测数据,通过CKF设计重要性密度函数,使其更加接近系统状态后验概率密度。仿真表明CPF估计精度高于PF和扩展卡尔曼滤波(extended particle filter, EPF),与无轨迹粒子滤波(unscented particle filter, UPF)相比,其精度相当,但算法运行时间降低了约20%。     

闪烁噪声下的改进粒子滤波跟踪算法

在实际雷达目标跟踪系统中,雷达量测常受到闪烁噪声干扰,传统的滤波算法在闪烁噪声下,滤波性能急剧下降甚至发散。提出了一种改进的粒子滤波(particle filter, PF)算法,按照高斯牛顿迭代方法对迭代扩展卡尔曼滤波(iterated extended Kalman filter, IEKF)中的测量更新进行修正,利用修正的IEKF来产生PF的重要性密度函数。进一步,采用马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo, MCMC)方法来消除重采样引起的粒子贫化问题。在给出的闪烁噪声统计模型基础上,将所提算法与PF及MCMCPF算法进行了仿真比较,结果表明该算法具有更好的跟踪性能。     

一种改进粒子滤波器在雷达目标跟踪中的应用

在实际雷达目标跟踪系统中,雷达量测常受到闪烁噪声干扰,传统卡尔曼或扩展的卡尔曼滤波算法在闪烁噪声环境下,滤波性能将急剧下降甚至滤波发散。提出了将粒子滤波与无迹变换结合的改进粒子滤波算法UPF(uncented particle filter)应用在雷达目标跟踪中,解决了闪烁噪声情况下雷达目标跟踪问题。仿真结果表明,在高斯条件下扩展的卡尔曼算法和基于无迹变换的粒子滤波算法跟踪性能相近,但在闪烁噪声环境下,随着闪烁影响的增强,扩展的卡尔曼算法跟踪性能严重下降,而UPF算法能保持较好的跟踪精度。     

基于无迹粒子PHD滤波的序贯融合算法

针对在杂波、漏检和非线性情况下,粒子概率假设密度滤波（particle probability hypothesis density filter, P-PHDF）算法估计精度不高、滤波发散及粒子退化等问题,提出了一种基于无迹粒子概率假设密度滤波（unscented particle PHDF, UP-PHDF）的序贯融合算法。利用无迹粒子滤波（unscented particle filter, UPF）实现PHDF,由UKF算法得到更好更优的重要性密度函数并从中采样,使粒子的分布更接近多目标概率假设密度分布;另外,为进一步提高滤波算法的性能,实现基于雷达和红外传感器的UP-PHDF序贯融合算法,通过两传感器交替滤波保证目标状态的可观测性。在复杂环境下,仿真结果表明该算法的估计精度和稳定性明显优于单传感器P-PHDF算法。     

基于无模型无迹粒子滤波的编队卫星相对运动估计

由于地球引力和大气阻力等因素造成的模型不确定性,使常规滤波方法用于卫星编队飞行相对运动估计时精度不高。为克服这种影响,提出了一种融合高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)的无模型无迹粒子滤波(model free unscented particle filter, MF-UPF)方法。对近圆轨道的双星编队问题,新方法通过高斯过程回归对已有的量测数据学习建立相对运动模型, 有效地避免了模型不确定性造成的滤波性能下降。仿真对比验证了无模型无迹粒子滤波在编队飞行相对运动估计中的优越性。     

粒子滤波和多站TOA的外辐射源雷达跟踪方法

针对外辐射源雷达跟踪常采用扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter,EKF）算法导致其跟踪精度受闪烁噪声影响较大的问题,结合到达时间（time of arrival,TOA）定位技术和粒子滤波（particle filter,PF）算法,提出一种适于闪烁噪声环境的外辐射源雷达跟踪方法。该方法通过多站TOA获得测量信息,利用双基地角来减弱目标雷达散射截面积（radar cross section,RCS）闪烁,采用非线性和非高斯的PF进行跟踪,能减小因闪烁噪声而导致的跟踪误差,避免EKF算法因线性化而带来的误差,从而提高跟踪精度。实验表明,该方法的跟踪性能优于EKF,尤其受闪烁噪声影响小,能提高闪烁噪声环境下的跟踪精度。实测数据验证了该方法的有效性。     

抗“飞点”的UKF GMPCPHD滤波算法

为实现被动测角目标状态和数目的实时估计,在高斯混合粒子（Gaussian mixture particle, GMP）的势化概率假设密度(cardinalized probability hypothesis density, CPHD) 滤波框架下,提出了基于抗“飞点”无迹卡尔曼滤波器（unscented Kalman filter, UKF）的GMPCPHD滤波算法,即抗“飞点”的UKF GMPCPHD滤波算法。在该算法中,粒子滤波的重要性采样函数由抗“飞点”UKF产生,粒子的预测与更新采用拟蒙特卡罗(quasi Monte Carlo, QMC)方式,目标状态的概率假设密度（probability hypothesis density, PHD）和势分布用一组高斯粒子滤波器（Gaussian particle filtering, GPF）近似。通过该算法与GMPCPHD、UKF-GMPPHD滤波算法的对比仿真,验证了该算法良好的跟踪性能。     

截断的自适应容积粒子滤波器

在现有的高斯粒子滤波算法(Gaussian particle filter, GPF)中,粒子的重要性密度函数是由高斯滤波器（Gaussian filter, GF）结合当前最新量测来构建的。在高精度、强非线性的量测条件下,传统GF并不能很好地近似状态真实后验概率密度函数,为了解决这一问题,提出一种截断的自适应容积卡尔曼滤波器,并用其来构建粒子的重要性密度函数,从而推导出了截断的自适应容积粒子滤波器。仿真表明,在高精度、强非线性的量测条件下,所提出的滤波算法比现有的GPF具有更高的估计精度。     

基于幅值信息的联合概率数据关联粒子滤波算法

针对非线性非高斯环境下多目标被动跟踪的低可观测问题,将粒子滤波、联合概率数据关联和量测的幅值信息相结合,提出了一种基于幅值信息的联合概率数据关联粒子滤波算法。将联合概率数据关联算法中的关联似然与幅值似然比相结合,利用粒子滤波算法进行跟踪滤波,用幅值量测来改善低可观测条件下的目标跟踪性能。仿真结果表明,该算法提高了数据关联的可靠性和目标跟踪的精度。     

基于粒子滤波的机动目标跟踪改进算法

粒子滤波是指利用Monte Carlo仿真方法处理递推估计问题的非线性滤波算法,这种方法不受模型线性和Gauss假设的约束,是一种处理非线性非高斯动态系统状态估计的有效算法。在粒子滤波的基础上融合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,融合后的新算法在计算提议概率密度分布时,粒子的产生充分考虑当前时刻的量测,使得粒子的分布更加接近状态的后验概率分布。仿真结果表明,该算法对机动目标有更好的跟踪效果。     

Bayesian target tracking based on particle filter

1 .INTRODUCTIONIn many fields including target tracking, robotics ,signal processing, ti me-series analysis , etc , theKal manfilter is one of the most widely used methodsfor esti mationinlinear Gaussiansystemand measure-ment models . However , the application of theKal man filter to nonlinear systems can be difficult .Most common approach is to use the extendedKal manfilter (EKF) .EKFsi mplylinearizes all non-linear models by using Taylor series expansions andcan, however , lead to p…     

Passive target tracking using marginalized particle filter

A marginalized particle filtering(MPF)approach is proposed for target tracking under the background of passive measurement.Essentially,the MPF is a combination of particle filtering technique and Kalman filter.By making full use of marginalization,the distributions of the tractable linear part of the total state variables are updated analytically using Kalman filter,and only the lower-dimensional nonlinear state variable needs to be dealt with using particle filter.Simulation studies are performed on an illustrative example,and the results show that the MPF method leads to a significant reduction of the tracking errors when compared with the direct particle implementation.Real data test results also validate the effectiveness of the presented method.     

Optimization-based particle filter for state and parameter estimation

In recent years, the theory of particle filter has been developed and widely used for state and parameter estimation in nonlinear/non-Gaussian systems. Choosing good importance density is a critical issue in particle filter design. In order to improve the approximation of posterior distribution, this paper provides an optimization-based algorithm (the steepest descent method) to generate the proposal distribution and then sample particles from the distribution. This algorithm is applied in 1-D case, and the simulation results show that the proposed particle filter performs better than the extended Kalman filter (EKF), the standard particle filter (PF), the extended Kalman particle filter (PF-EKF) and the unscented particle filter (UPF) both in efficiency and in estimation precision.     

高斯和粒子滤波器及其在被动跟踪中的应用

为提高被动跟踪性能,提出了一种高斯和粒子滤波方法。在建立目标被动跟踪模型的基础上,使用高斯和滤波(GSF)近似目标状态的后验密度,利用粒子滤波方法处理GSF中的均值和方差计算问题,推导了高斯和粒子滤波器(GSPF)应用的具体算法步骤,使用机动目标被动跟踪仿真实例,与其它滤波器进行了仿真对比,分析了跟踪性能和RMSE误差。仿真结果表明,对于机动目标被动跟踪问题,GSPF不仅具有较高的跟踪精度,而且与一般粒子滤波器相比,GSPF具有较好的跟踪稳定性和较低的计算量。     

Bandwidth adaption for kernel particle filter

A novel particle filter bandwidth adaption for kernel particle filter (BAKPF) is proposed. Selection of the kernel bandwidth is a critical issue in kernel density estimation (KDE). The plug-in method is adopted to get the global fixed bandwidth by optimizing the asymptotic mean integrated squared error (AMISE) firstly. Then, particle-driven bandwidth selection is invoked in the KDE. To get a more effective allocation of the particles, the KDE with adap- tive bandwidth in the BAKPF is used to approximate the posterior probability density function (PDF) by moving particles toward the posterior. A closed-form expression of the true distribution is given. The simulation results show that the proposed BAKPF performs better than the standard particle filter (PF), unscented particle filter (UPF) and the kernel particle filter (KPF) both in efficiency and estimation precision.     

基于改进灰狼算法的粒子滤波算法研究

针对传统粒子滤波算法易出现粒子贫化与权值退化现象和为了实现对非线性系统较为准确的状态估计,通常需要大量粒子的参与的问题,提出了基于改进灰狼算法的新型粒子滤波方法,该算法用粒子表征灰狼个体,模拟狼群捕猎的过程,使粒子向后验概率的高似然区域移动,提高粒子分布的合理性。在灰狼寻优算法中引入了莱维飞行策略,提高灰狼算法的收敛速度;在部分重采样前采用了权值自适应调整策略,增加粒子的多样性。仿真实验结果表明:改进的方法提高了粒子滤波的估计精度、保证了粒子的多样性与粒子分布的合理性、降低了状态估计所需的粒子数量。     

一种基于自适应粒子滤波的捷联初始对准方法研究

针对传统自适应粒子滤波算法的计算负荷太大问题,在Fox的K-L距离采样的基础上,给出一种新的求解七值的方法,将k值的计算从采样过程中分离出来,大大降低算法的复杂度,减少计算量,避免死循环发生.曩后,将该算法应用到大失准角情况下捷联惯导系统动基座初始对准中,并与扩展卡尔曼滤波算法,标准粒子滤波算法和传统自适应粒子滤波算法进行了比较,仿真结果表明简化的自适应粒子滤波算法在保持高精度的同时,有效地提高了算法的计算速度,因此更适合于捷联惯导系统动基座初始对准.     

基于新的采样更新方法的粒子滤波算法

以往的粒子滤波采用由初始先验概率密度产生一组粒子,然后通过重要性密度函数去更新粒子,但会产生粒子退化的问题,因此引入了各种各样的重采样算法,但这样做又产生了粒子多样性丧失的问题。针对粒子滤波的粒子退化现象,提出基于新的采样更新方法的粒子滤波算法,新方法从滤波值和滤波误差协方差矩阵上产生粒子。仿真试验表明,新方法在非线性非高斯情况下要远远好于EKF。