基于进化粒子滤波的数据域直接跟踪方法

传统目标跟踪算法首先通过采样信号估计时延或多普勒等参数,然后利用这些参数构成的跟踪方程获得目标运动轨迹,这种两步跟踪模式存在位置信息损失、误差累积等问题,跟踪精度仍有待提高。针对此问题,提出一种利用数据域采样信号,基于时延和多普勒信息的直接跟踪算法。该算法利用多个观测站的接收信号,首先建立一个基于连续时间和多普勒信息的直接跟踪模型;然后基于进化粒子滤波算法,对所提跟踪模型进行迭代求解,提高算法计算效率,实现对运动目标的快速高精度跟踪;最后,针对所提模型,推导了目标直接跟踪的克拉美罗下界(Cramer-Rao lower bound,CRLB)递归求解方法,给出了算法的跟踪误差下限。仿真实验表明,与现有跟踪算法相比,所提算法跟踪精度更高,收敛速度更快,尤其在低信噪比条件下更能逼近CRLB。     

A line search filter secant method for nonlinear equality constrained optimization

<正> This paper formulates and analyzes a line search method for general nonlinear equalityconstrained optimization based on filter methods for step acceptance and secant methods for searchdirection.The feature of the new algorithm is that the secant algorithm is used to produce a searchdirection,a backtracking line search procedure is used to generate step size,some filtered rules areused to determine step acceptance,second order correction technique is used to reduce infeasibility andovercome the Maratos effect.Global convergence properties of this method are analyzed:under mildassumptions it is showed that every limit point of the sequence of iterates generated by the algorithmis feasible,and that there exists at least one limit point that is a stationary point for the problem.Moreover,it is also established that the Maratos effect can be overcome in our new approach by addingsecond order correction steps so that fast local superlinear convergence to a second order sufficient localsolution is achieved.Finally,the results of numerical experiments are reported to show the effectivenessof the line search filter secant method.     

基于椭圆RHM的扩展目标伯努利滤波算法

与传统点目标跟踪不同,扩展目标跟踪既要估计目标的运动状态,还需估计目标的扩展状态,包括目标的形状、大小、方向等信息。针对扩展目标跟踪中存在的扩展状态估计不准确和非线性问题,提出一种基于随机超曲面模型(random hypersurface model, RHM)的扩展目标伯努利滤波算法。该算法首先采用RHM对目标量测源建模;然后,在扩展目标伯努利滤波框架下,实现对单扩展目标运动状态和扩展状态的实时估计;最后,引入Gamma分布以提高量测率估计的准确性。此外,为了降低计算复杂度,在量测更新中采用距离划分来减少所有可能的划分总数。实验结果表明,所提滤波算法在估计目标运动状态、扩展状态和量测率等方面优于现有的滤波算法,并且可用于实际视频跟踪场景。     

基于CRPF的残差似然比检验故障诊断算法

分析了非线性系统故障诊断领域中常用方法的优缺点,针对外界随机扰动对于滤波精度的不利影响以及故障诊断的连续实现问题,通过代价评估的粒子滤波、交互式多模型和序贯概率比检验三者的有机结合,提出了一种基于代价评估粒子滤波的残差似然比检验故障诊断算法。采用代价评估粒子滤波替代交互式多模型中的次优滤波器,同时简化交互式多模型输入交互和输出交互环节。将滤波过程中得到的残差信息引入序贯概率比检验框架中,构建了一种新的在线残差似然比检验方法。实现了对于非线性系统状态有效估计以及对于系统模式连续、可靠的辨识。计算机仿真实验验证了算法的有效性。     

车辆自主导航系统的双滤波器模型及其导航算法

给出了车辆自主导航系统的双滤波器模型及其航位递推算法 ,在导航解算的每步递推中 ,先用航向滤波器进行航向捕获 ,再用航位滤波器进行航位捕获。这种方法利用两个线性滤波器分别进行航向 /航位估计 ,避免了常规导航算法由于观测方程线性化引起的模型误差 ,算法稳定性好 ,且计算量较小。现场跑车试验表明 ,给出的双滤波器模型及其算法能够获得满意的导航精度     

UPF算法及其在目标跟踪问题中的应用

针对传统粒子滤波(PF)算法的缺陷,提出了一种改进的粒子滤波(UPF)算法。该算法以UKF方法生成替代分布并从中采样,解决了传统PF算法中以转换先验密度函数作为替代分布所引发的各种问题。对UPF算法进行了深入的分析研究,并给出了一个纯方位目标跟踪问题的仿真算例。理论分析与仿真结果均表明,改进算法提高了滤波的稳定性和精确性,具有较高的实用价值和广泛的应用前景。     

改进的X波段雷达测海表面流算法

为了克服传统X波段雷达测表面流算法存在低流速时误差较大和测量结果不稳定的缺点,提出了一种改进的算法。首先使用色散关系带通滤波器滤除海杂波图像谱中非海浪信号;然后使用调制传递函数对剩余海浪图像谱进行非线性校正,得到真实海浪谱;下一步根据结构风险最小化原则,确定支持向量机中海浪谱分量隶属度;最后使用真实海浪谱和隶属度函数的乘积加权最小二乘法进行初始估流和迭代估流。根据实测岸基X雷达数据实验,结果表明改进算法弥补了传统算法中存在的上述缺点,具有较高的测量精度、稳定性和很好的应用价值。     

A filter secant method with nonmonotone line search for equality constrained optimization

<正> This paper proposes a filter secant method with nonmonotone line search for non-linearequality constrained optimization.The Hessian of the Lagrangian is approximated using the BFGSsecant update.This new method has more flexibility for the acceptance of the trial step and requires lesscomputational costs compared with the monotone one.The global and local convergence of the proposedmethod are given under some reasonable conditions.Further,two-step Q-superlinear convergence rateis established by introducing second order correction step.The numerical experiments are reported toshow the effectiveness of the proposed algorithm.     

A nonmonotone line search filter method with reduced Hessian updating for nonlinear optimization

This paper proposes a nonmonotone line search filter method with reduced Hessian updating for solving nonlinear equality constrained optimization. In order to deal with large scale problems, a reduced Hessian matrix is approximated by BFGS updates. The new method assures global convergence without using a merit function. By Lagrangian function in the filter and nonmonotone scheme, the authors prove that the method can overcome Maratos effect without using second order correction step so that the locally superlinear convergence is achieved. The primary numerical experiments are reported to show effectiveness of the proposed algorithm.     

基于波形特征的外辐射源雷达杂波抑制算法

在正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)波形外辐射源雷达系统中,相对于直达波和多径回波,目标回波的功率要微弱许多,因此多径杂波抑制是此雷达信号处理的一项关键技术。许多时域自适应滤波算法被用来抑制直达波和多径回波,但往往存在滤波器阶数过多,或计算负担过高的问题。基于OFDM波形的多载波调制特性,提出了分载波自适应滤波算法,相比于常规时域自适应滤波算法,能够有效降低滤波器阶数和计算复杂度,简单且高效。以基于OFDM调制原理的数字调幅广播外辐射源雷达为例,详细介绍了分载波递归最小二乘和分载波归一化最小均方算法的自适应滤波原理和过程,并基于仿真和实测数据分析比较了常规时域自适应滤波算法和分载波自适应滤波算法的性能差异。     

基于MCMC无味粒子滤波的目标跟踪算法

针对传统粒子滤波目标跟踪算法存在粒子退化的问题,提出了基于马尔可夫链-蒙特卡罗(Markovchain Monte Carlo,MCMC)无味粒子滤波的目标跟踪算法.该算法采用无味卡尔曼滤波(unscented Kalmanfilter,UKF)生成粒子滤波的提议分布,来代替传统粒子滤波算法采用状态转移先验概率作为粒子滤波的提议分布,以改善滤波效果,然后在无味粒子滤波的基础上融合了典型的MCMC抽样算法(Metropolis Hastings,MH),从而可以减少传统粒子滤波未考虑当前量测对状态的估计作用所带来的影响.融合后的算法将当前量测信息融入到滤波过程中,并使采样粒子更加多样化.实验结果表明,该算法较传统方法在跟踪精度方面有显著的提高.     

基于卡尔曼滤波的锁频环改进算法

为了在树荫下、建筑物内等受遮挡的环境中实现对弱信号的跟踪,需要对传统的载波环路加以改进。提出一种基于卡尔曼滤波的锁频环(frequency lock loop, FLL)改进算法,在传统FLL的鉴频器与环路滤波器中间加入卡尔曼滤波模块,并在环路滤波器和卡尔曼滤波模块之间加入数据处理模块。在相同条件下,分别对传统FLL和改进后FLL进行仿真测试。实验表明,改进后的FLL不仅能跟上信噪比低至-30 dB的信号,且在跟踪精度上也比传统FLL提高很多。     

基于改进粒子滤波的微弱目标检测前跟踪算法

研究高速微弱目标的积累检测问题,提出了一种改进粒子滤波的检测前跟踪算法。该算法采用与雷达距离-多普勒图像相匹配的量测数据模型,能克服传统点扩散函数的模型误差。采用“新生”粒子从强度最高的分辨单元集内均匀产生,且按概率对权重最低的部分“存活”粒子用“新生”粒子将其替换的粒子更新策略,在增加粒子多样性的同时缓解了粒子的退化。仿真实验表明,本文算法的检测与跟踪性能要优于标准的粒子滤波算法。     

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.     

利用多普勒信息的单步初始化GMCPHD滤波器

标准的带势概率假设密度(cardinalized probability hypothesis density, CPHD)滤波器是一个有效的多目标跟踪算法,但是它假定新生目标的强度函数先验已知,因而无法应用于新生目标在场景中任意位置出现的环境。针对此问题,提出一种单步初始化的高斯混合CPHD滤波器。该滤波器利用位置上远离当前时刻估计状态的观测值单步初始化新生目标。此外,多普勒信息一方面被用来初始化新生目标的速度,另一方面在滤波器更新步骤中,多普勒速度和位置观测信息采用串行更新方法处理。仿真结果表明,所提算法在目标数的估计精度和优化子模式分配距离方面优于已有算法。     

Anti-aliasing wavelet packet method for harmonic detection

A novel anti-aliasing wavelet packet transform method for harmonic detection is proposed. Aiming at the low measurement precision and poor robustness which exists in the former traditional wavelet methods for lack of the aliasing_reduction scheme, an optimal interpolation wavelet packet filter is designed according to new optimal criteria. First, the limitation of anti-aliasing on the traditional wavelet filter bank is analyzed. Second, the designed optimal interpolation filters are denoted, and then the solution algorithm is given. This devised wavelet packet filter can seek a reasonable balance between signal preservation and aliasing reduction; it overcomes the inherent bug of traditional wavelet transforms, which rooted from just only concerning total aliasing cancellation but not aliasing-reduction in decomposition. Simulation and several comparative results indicate that the proposed method can effectively eliminate aliasing and precisely extract harmonic information.     

基于集合卡尔曼滤波的改进粒子滤波算法

提出一种基于集合卡尔曼滤波的粒子滤波改进方法。该方法利用集合卡尔曼滤波的最大后验概率估计产生粒子滤波每一时刻各粒子的建议分布函数,使建议分布函数融入最新观测信息的同时,更加符合状态的真实后验概率分布。该方法在对粒子滤波的建议分布进行估计时使用采样方法近似非线性分布,且采样点数灵活可变,使计算精度和算法效率得到提高。仿真结果表明,提出的集合卡尔曼粒子滤波的估计性能明显优于标准粒子滤波、扩展卡尔曼粒子滤波和无迹粒子滤波。     

多特征融合的尺度自适应相关滤波跟踪算法

针对传统的核相关滤波跟踪算法特征表达不足且不能解决尺度变化导致的跟踪失败问题,提出了一种多特征融合的尺度自适应相关滤波跟踪算法。首先,在位置预测阶段,利用Hue和梯度方向直方图两种特征和各自的位置滤波器作用得到的输出响应值,自适应分配权重实现目标位置的预测。其次,在尺度预测阶段,通过在目标位置采集多尺度图像,组成样本独立训练尺度滤波器,并根据样本的尺度滤波响应值,对目标的尺度进行估计,使跟踪算法能够适应目标的尺度变化。最后利用两帧图像间的差异性,自适应调整学习率,进行位置滤波器的更新。实验结果表明,改进算法相较于传统的核相关滤波跟踪算法,在跟踪成功率和跟踪精度上分别提高了25%和13%。当目标尺度变化较大时,改进算法仍能稳定跟踪。     

捷联惯导系统极区动基座对准

传统卡尔曼滤波对准只适用于中低纬度地区,不适用于极区。针对这一问题,提出惯性系下卡尔曼滤波对准作为极区对准方案。首先选择惯性系为对准坐标系,在惯性系内推导捷联惯导系统的速度误差方程和失准角方程,建立适用于极区对准的误差模型。以速度误差为观测量,结合误差模型建立卡尔曼滤波器并进行离散化处理。然后对该对准算法进行仿真,验证其在极区的可行性,并与传统的卡尔曼滤波对准的仿真结果进行对比。最后,分析不同速度和有加速运动等情况下该算法在极区的性能,为工程实践提供理论依据。     

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...