δ-广义标签多伯努利滤波算法的非线性扩展

针对高斯混合(Gaussian mixture, GM)实现的变分贝叶斯-δ-广义标签多伯努利(variational Bayesian-δ-generalized labeled multi-Bernoulli, VB-δ-GLMB)滤波算法在非线性场景下跟踪性能较低这一问题, 结合基于临近点算法(proximal point algorithm, PPA)和变分贝叶斯(variational Bayesian, VB)的迭代优化与容积卡尔曼滤波(cubature Kalman filtering, CKF), 提出一种适用于非线性模型的机动多目标跟踪算法。该算法在GM-VB-δ-GLMB的基础上采用逆伽马(inverse-Gamma, IG)和高斯乘积混合分布近似量测噪声协方差和状态联合后验分布; 利用PPA-CKF-VB(PCKF-VB)方法对传递过程中的高斯项参数进行预测更新; 最后为提高滤波精度进行变分贝叶斯容积RTS(VB cubature Rauch-Tung-Striebel, VB-CRTS)平滑。仿真结果表明, 对于量测噪声未知的非线性系统, 所提的算法与现有的VB-δ-GLMB算法相比目标跟踪精度有显著提高。     

多模型标签多伯努利机动目标跟踪算法

针对标准标签多伯努利(labeled-multi-Bernoulli, LMB)算法只考虑了单个运动模型的问题,提出了一种适用于跳转马尔科夫系统的多模型标签多伯努利(multiple model-LMB, MM-LMB)算法。首先对目标状态进行扩展,将多模型思想引入LMB算法得到了新的预测和更新方程,并给出了算法的序贯蒙特卡罗实现。仿真实验表明,MM-LMB算法能对多机动目标进行有效跟踪,在复杂探测环境下跟踪精度优于多模型概率假设密度(multiple model probability hypothesis density, MM-PHD)算法和多模型势平衡多目标多伯努利(multiple model cardinality balanced multi-target multi-Bernoulli, MM-CBMeMBer)算法;所提算法计算量当目标相距较远时低于MM-PHD和MM-CBMeMBer,目标聚集时增长速度快于对比算法。     

考虑配准时空误差的多目标标签多伯努利滤波

针对多传感器协同跟踪目标过程中存在多节点间的信息时间延迟和空间配准偏差问题,提出基于配准偏差和时间延迟的标签多伯努利滤波(labeled multi-Bernoulli based on the registration errors and time delay, LMB-ReDe)算法。首先,通过排队论对节点个数随机变化的网络时间随机延迟进行建模;然后,构建了延迟环境中的非固定周期的目标转移过程和时间延迟过程中的伪量测;最后,在LMB滤波基础上提出LMB-ReDe算法实现目标状态的实时估计。仿真结果表明,在节点数随机变化的多传感器协同探测中,采用LMB-ReDe滤波器跟踪位置精度优于标准的LMB滤波器。     

基于交互多模型的分组δ-广义标签多伯努利算法

为了解决马尔科夫跳变系统广义标签多伯努利滤波器在多机动目标跟踪场景需要计算大量模式假设分支,并且需要频繁对假设分支进行剪枝,导致算法存在计算量过高并且影响跟踪精度的问题,提出一种基于交互多模型的分组δ-广义标签多伯努利滤波器。滤波器采用航迹分组策略,不同组的航迹独立进行关联映射与分支权重计算,降低了关联的计算复杂度,可以实现不同航迹组之间并行滤波。另外,为了处理机动目标场景引入交互多模型,给出基于交互多模型的分组滤波递推方程。仿真结果表明,所提出的滤波器跟踪精度更高,计算速度更快,可以用于跟踪多个机动目标的场景。     

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。     

多模型广义标签多伯努利滤波器

标准广义标签多伯努利算法没有对目标状态转移密度进行深入分析, 在带入确定运动模型的情况下无法对机动目标进行跟踪。针对这个问题, 参考基于马尔可夫跳变分支合并策略的多模型算法, 提出了交互多模型广义标签多伯努利算法、一阶广义伪贝叶斯广义标签多伯努利算法, 以及二阶广义伪贝叶斯广义标签多伯努利算法, 并将这三种多模型算法与同样针对机动多目标的马尔可夫跳变系统广义标签多伯努利算法进行比较。仿真结果表明, 与马尔可夫跳变系统广义标签多伯努利算法相比, 所提三种算法具有更低的计算时间消耗和更高的跟踪精度。其中, 一阶广义伪贝叶斯广义标签多伯努利算法计算时间消耗最低, 二阶广义伪贝叶斯广义标签多伯努利算法跟踪精度最高, 交互多模型广义标签多伯努利算法综合性能最好。     

基于单快拍空间平滑的多伯努利DOA跟踪算法

针对阵列信号处理中单快拍情况下的多源时变波达方向(direction of arrival, DOA)跟踪问题, 提出了一种基于单快拍空间平滑的多伯努利DOA跟踪算法。首先,利用多伯努利随机有限集(random finite set, RFS)描述状态过程的随机性, 并直接利用从传感器阵列中获得单快拍量测。其次, 采用空间平滑技术对单快拍量测进行处理, 得到伪协方差矩阵, 并进行奇异值分解。最后,用多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)谱函数作为伪似然函数进行多伯努利DOA跟踪。仿真结果表明, 该算法能实时有效跟踪单快拍量测下的时变信源DOA状态, 且能准确估计信源个数。     

基于交互式多模型的粒子滤波算法

融合交互式多模型和粒子滤波，提出了一种新的多模型粒子滤波算法。该算法采用多模型结构以跟踪目标的任意机动。各模型采用粒子滤波算法，以处理非线性、非高斯问题。各模型中相对固定数目的粒子群经过相互交互、粒子滤波后再进行重抽样以减少滤波退化现象。与通用的交互式多模型算法进行了比较，试验仿真结果证实了本文新滤波算法的有效性。     

基于标签多贝努利多传感器组网目标跟踪算法

随着电磁环境的日益复杂,强干扰和高杂波带来的目标低检测概率问题日益突出,给探测系统准确估计监测区域内目标个数以及目标状态带来了新的挑战.针对低检测概率问题,提出随机有限集框架下基于标签多贝努利(labelled multi-Bernoulli,LMB)多传感器组网目标跟踪算法.该算法首次将LMB框架应用到不同探测范围的...     

基于容积粒子滤波的交互式多模型算法

针对非线性非高斯条件下目标跟踪容易发散和精度下降等问题,将容积粒子滤波引入到交互式多模型算法中,提出了一种基于容积粒子滤波的交互式多模型算法。该算法在粒子先验分布更新阶段,利用容积卡尔曼滤波器融入最新的观测数据并产生重要性密度函数,使其更加逼近系统真实状态的后验概率密度,改善了粒子滤波的性能。仿真表明在运算时间未显著变化的情况下,该算法与交互式多模型无迹粒子滤波算法相比有着更高的滤波精度和稳定性。     

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。     

Effective implementation and improvement of fast labeled multi-Bernoulli filter

Effective implementation of the fast labeled multiBernoulli(FLMB) filter is addressed for target tracking with interval measurements. Firstly, a sequential Monte Carlo(SMC)implementation of the FLMB filter, SMC-FLMB filter, is derived based on generalized likelihood function weighting. Then, a box particle(BP) implementation of the FLMB filter, BP-FLMB filter,is developed, with a computational complexity reduction of the SMC-FLMB filter. Finally, an improved version of the BP-FLMB filter, improv...     

基于故障概率的联邦滤波鲁棒信息分配方法

考虑到故障隔离后故障信息的影响一般需要一段时间才能够消除,研究了当某个子系统发生传感器故障时,其他具有不同信息分配系数的无故障子系统的鲁棒性问题.基于理论分析提出了一种鲁棒信息分配思想,并指出了该思想应当满足的信息分配系数关系.然后给出了一个信息分配系数的专家自适应调整方法,即基于子系统在不同环境下可能发生的故障概率,建立相应的调整规则进行信息分配.从概率的角度,根据这种方法可使其他无故障子滤波器具有较强的抗干扰能力,从而使重构的联邦滤渡器快速输出不含故障信息的融合结果.理论分析和仿真说明该方法是可行的.     

滤波器幅度误差对频域宽带波束形成的影响

阵列系统中,各个阵元的滤波器的幅度误差会对宽带波束形成造成影响.以频域宽带波束形成算法和滤波器幅度误差模型为基础,推导得到了存在滤波器幅度误差时频域宽带波束形成算法中自相关矩阵的表迭式.通过对自相关矩阵的分析指出:滤波器幅度误差会引起自相关矩阵的秩增加,在做自适应干扰抑制时需要考虑更多的空间自由度.此外,误差的存在还会造成波柬形成的性能下降.还给出了误差和性能损失之间的关系,为宽带相控阵系统中通道滤波器的设计提供了参考.     

Fault tolerant navigation method for satellite based on information fusion and unscented Kalman filter

An effective autonomous navigation system for the integration of star sensor, infrared horizon sensor, magnetometer, radar altimeter and ultraviolet sensor is developed. The requirements of the integrated navigation system manager make optimum use of the various navigation sensors and allow rapid fault detection, isolation and recovery. The normal full fusion feedback method of federated unscented Kalman filter (UKF) cannot meet the needs of it. So a no-reset feedback federated Kalman filter architecture is developed and used in the autonomous navigation system. The minimal skew sigma points are chosen to improve the calculation speed. Simulation results are presented to demonstrate the advantages of the algorithm. These advantages include improved failure detection and correction, improved computational efficiency, and reliability. Additionally, its’ accuracy is higher than that of the full fusion feedback method.