基于改进的萤火虫算法优化粒子滤波方法

针对粒子滤波算法权值退化和多样性匮乏造成的滤波精度下降问题,提出了权值抖动萤火虫算法和不完全重采样结合的方法来改进粒子滤波.该算法在全局最优值代替萤火虫间的交互信息基础上利用权值抖动吸引度函数改进萤火虫算法来优化粒子滤波的采样过程,使粒子集趋向于真实值附近,同时采用不完全重采样方法,能够缓解粒子退化问题.实验结果表明该算法可以有效缓解粒子退化和改善粒子多样性贫化,同时提高了滤波精度.     

自适应调整建议分布的改进粒子滤波行人跟踪算法

为解决一般粒子滤波跟踪算法容易受到相似背景和遮挡干扰问题的影响,提出一种自适应调整建议分布的改进粒子滤波跟踪算法.该算法设计了一种新的建议分布函数,使其融入最近的观测信息来调整建议分布函数的方差以改变新粒子分布范围,提高新粒子的采样效率,降低了计算复杂度,一定程度上保持了粒子的多样性.实验结果表明:该算法有效解决了遮挡、相似背景混乱问题,整体跟踪性能优于粒子滤波算法.     

非线性系统状态突变下的非退化粒子滤波方法研究

针对粒子滤波算法中的粒子退化及重采样所引起的粒子多样性减弱问题,将粒子群优化思想融合到粒子滤波的采样阶段,提出了一种改进的基于粒子群优化的粒子滤波算法.本项工作的特色主要表现在如下相互联系的两个方面:第一,在采样前,首先取上一时刻重采样前权重最大的粒子状态作为最优值,然后根据改进算法的粒子移动策略,将上一时刻重采样后的粒子移向最优值周围的高似然区域,从而能够增加粒子的多样性和有效性,有效避免了粒子的退化;第二,构造了改进算法的建议分布,并从理论的角度证明了该建议分布的可计算性.实验结果表明,从精度和时间这两个方面的综合考虑,改进算法要优于UPF等算法,对非线性系统突变具有更强的适应性.     

基于改进残差重采样粒子滤波的纯方位目标追踪

目标被动追踪利用持续的观测信息来估计目标的运动状态,针对此问题提出了一种改进残差重采样粒子滤波算法.算法考虑采样粒子集的空间分布特性,将粒子集空间分布分割为数量可变、可数的网格,在每个网格内运用时间序列相关性分析选择重要粒子,能够丰富采样粒子的多样性,并将该网格内所有粒子的残余权值和赋予该重要粒子,从而削弱采样粒子的退化现象,提高非线性系统状态估计精度.实验表明:当观察噪声方差小于系统噪声方差,特别是当初始采样粒子数目较小时,该算法在单站纯方位目标追踪状态估计中的精度优于传统残差重采样粒子滤波算法.     

基于改进粒子滤波的锂离子电池RUL 预测

在基于粒子滤波算法的锂离子电池剩余使用寿命预测过程中, 由于基本粒子滤波算法存在粒子退化问题, 难以保证电池寿命预测的精度。为此, 提出一种基于MCMC(Monte Carlo Markov Chain)的无迹粒子滤波改进算法, 从选取适当的重要性密度函数和重采样过程两方面入手, 更全面地克服基本粒子滤波算法中的粒子退化问题, 进而提高锂离子电池剩余使用寿命预测的精度。实验仿真结果表明, 改进后的粒子滤波算法能更好地跟踪电池容量衰退趋势, 预测精度也明显优于基本粒子滤波算法, 为锂离子电池剩余使用寿命的预测提供了新思路。     

高斯辅助粒子算法

粒子滤波算法在处理非线性,非高斯问题的状态估计方面有独特的优势。粒子滤波方法由于存在粒子退化,粒子多样性匮乏等问题,不能准确地估计系统状态。该文提出了一种新的粒子滤波算法-高斯辅助粒子滤波算法,将即时的观测值信息引入重要性概率密度函数当中。该研究进行重采样时,用高斯变换对粒子进行了重新分布并调整重采样后的粒子权值。通过仿真实验验证该方法可以有效运用当前观测量值,优化粒子分布,在解决粒子退化问题的同时,也能维持粒子的多样性,提高滤波效率。     

无线传感器网络中基于粒子滤波的目标跟踪算法研究

近几十年来,随着传感器、无线通信、信息处理、计算机等相关技术的不断发展和创新,基于无线传感器网络的应用越来越广泛,对无线传感器网络中的目标跟踪算法进行研究也具有极大的现实意义。在研究滤波算法的基础上,针对粒子滤波算法中的粒子退化问题,考虑无迹粒子滤波中的重要性函数充分利用了当前观测值但是运行时间长的问题,提出一种在有效粒子数满足一定条件下进行无迹变换的方法,将先验分布和通过无迹卡尔曼方法得到的重要性函数相结合作为新的提议分布以减缓粒子的退化。对于粒子滤波中的样本贫化问题,提出一种改进的分类重采样方法,当粒子的多样性不足时,在大权值粒子上加一个以噪声方差控制的扰动并给予小权值粒子一定的被选概率,以此增加粒子的多样性,并以C++为仿真工具对所提方法进行了试验。结果表明,改进的粒子滤波算法在估计精度上优于标准粒子滤波和无迹粒子滤波,而且运行时间比无迹粒子滤波减小一半多。     

IMM迭代无迹Kalman粒子滤波目标跟踪算法

针对传统交互式多模型(interactive multiple model,IMM)算法跟踪机动式再入目标精度差和实时性不高的问题,提出一种交互式多模型迭代无迹Kalman粒子滤波算法.该算法在多模型滤波过程中采用改进的粒子滤波算法,通过迭代无迹Kalman滤波融入最新观测信息,进而生成粒子滤波的重要性密度分布,从而提高采样质量,改善滤波算法性能.仿真结果表明,提出的算法相对于交互式多模型粒子滤波算法具有更好的跟踪效果.该算法对提高跟踪机动式再入目标的精度与实时能力具有一定的理论意义.     

基于分布式无味边缘粒子滤波的同步定位与地图构建

针对复杂环境下同步定位与地图构建(SLAM)中分布式粒子滤波算法存在计算量大、粒子退化严重的问题,在分布式算法的基础上结合无味粒子滤波和边缘化算法,提出了一种基于分布式无味边缘粒子滤波的算法.该算法依据分布式思想将系统分解为多个仅包含部分状态量的子系统,各子系统均采用无味粒子滤波算法进行状态估计,通过边缘化算法优化无味粒子滤波算法的边缘分布函数,主滤波器融合各子滤波器的数据计算最终结果,克服了滤波精度低、计算复杂度高的问题.最后,通过仿真试验证明改进的分布式边缘粒子滤波算法能够抑制粒子退化现象,具有较好的实时性和滤波精度,是解决SLAM的新的有效方法.     

改进粒子滤波在行人跟踪中的应用

为提高粒子滤波在目标跟踪中的性能,将萤火虫算法(Firefly Algorithm,FA)的优化思想引入粒子滤波,并用自适应差分进化(Self-adaptive Differential Evolution,SaDE)算法代替粒子滤波的重采样,提出一种改进的粒子滤波跟踪算法,并采用新的跟踪特征HSV-iLBP进行跟踪.该算法将FA用于粒子滤波的重要性采样,通过计算迭代来抽取更加有效的粒子,并将粒子滤波的重采样过程看作求解目标函数的最值问题,通过自适应差分进化算法的迭代寻找最优粒子,改善粒子的退化和贫化问题.HSV-iLBP模型由于结合了维数低的HSV颜色特征和iLBP纹理特征,从而在提高跟踪鲁棒性的同时,能有效降低计算复杂度.通过仿真实验,验证了改进算法在行人跟踪上具有更好的精度和速度.     

基于分布函数逆映射采样的粒子滤波方法

针对粒子滤波存在的退化问题,提出一种基于最优重要性密度对应的分布函数的逆映射采样的粒子滤波方法.该方法首先在[0,1]区间均匀采样一组随机样本,然后根据分布函数的单值逆映射关系,将这些随机样本映射成对应于最优重要性密度的粒子,其中分布函数通过数值积分计算.这些粒子的分布非常逼近所求状态的后验概率密度函数,有效解决了粒子退化问题.理论分析和仿真结果表明:与现有粒子滤波方法相比,所提方法明显改善了滤波性能.     

一种新的正则化粒子滤波图像恢复算法

引入粒子滤波对解决非线性非高斯模型的优良特性,将一种新的正则化粒子滤波算法(regularized particle filter)应用到混合噪声和乘性噪声图像恢复中.由于采样重要性重采样(SIR)方法在重采样时没有考虑观测量而引入误差,本文方法从后验连续分布中采样,引入观测量进而减少误差,同时将易实现的累积分布函数和正则化重采样步骤融合,进一步使粒子方差最小化,解决粒子衰竭问题,缓解退化现象.通过对具有混合噪声图像以及医学乘性噪声图像的恢复效果表明了该算法的有效性,且与小波阈值法和SIR粒子滤波法对比显示了其优越性.     

基于最优邻居引导萤火虫移动的粒子滤波算法

针对重采样算法导致粒子种类减少影响粒子滤波估计精度的问题,将萤火虫算法引入到粒子滤波过程中,提出了一种改进的粒子滤波算法.改进算法在萤火虫个体相对亮度的计算中引入最新时刻的观测值,同时为避免迭代后期粒子在最优值附近震荡,引入递减函数更新吸引度的大小.为减少算法的复杂度,利用最优邻居引导萤火虫个体移动并控制搜寻的范围.最...     

一种遗传算法优化的无味粒子滤波方法

提出了一种采用遗传算法（GA）优化无味粒子滤波（UPF）的新方法遗传无味粒子滤波器（GAUPF）．在无味粒子滤波（UPF）获得比传统粒子滤波（PF）算法更好的重要性采样分布函数的基础上将遗传机制应用于粒子重采样,以进化设计思想克服粒子退化现象,通过优化UPF算法更好地解决了非线性、非高斯领域的目标跟踪问题．仿真结果表明,该算法较好地解决了粒子退化问题,提高了滤波的精确性．     

基于GHF高斯粒子滤波的检测前跟踪算法

针对粒子滤波存在粒子退化,会导致检测前跟踪(TBD)算法的检测和跟踪性能下降这一不足,提出了一种基于高斯-哈密顿滤波(GHF)高斯粒子滤波的TBD算法.该算法基于高斯粒子滤波,采用GHF算法构造的重要性密度函数采样连续出现粒子,考虑了最新的量测信息,采样粒子更逼近于真实的后验概率密度,克服了粒子退化问题.仿真结果表明:与基本TBD算法相比,所提出的TBD算法提高了对目标的检测和跟踪性能.     

高斯衍生粒子滤波器

针对基于高斯滤波的重要性采样方法运算量的明显增加主要集中在使用高斯滤波生成更好的重要性密度函数的问题,提出了一种新的高斯衍生粒子滤波算法(GDPF).该算法将一种类似光子衍射的粒子衍生重要性采样方法与现有的高斯辅助粒子滤波算法(GAPF)相结合,通过粒子的扩张与收缩,在保证不减少参与状态估计的粒子数的条件下减少更新粒子数,根据粒子权值大小自适应地调整衍生粒子数,能很好地缓解精度与运算量之间的矛盾,抑制粒子退化等问题.对衍生粒子进行理论分析,证明了其与高斯采样粒子的等效性.仿真结果表明,当选取了相同的参与状态估计的粒子数时,所提算法保持了与原算法相当的估计精度,同时运算量大大降低.     

一种改进重采样的粒子滤波盲分离算法

在通信混合信号单通道盲分离技术中,粒子滤波盲分离算法是一大主流算法。针对粒子滤波算法必然存在的粒子退化问题,提出一种结合有效粒子数和残差重采样思想的改进重采样粒子滤波盲分离算法。所提算法在粒子退化,即有效粒子数减少至需进行重采样时,根据有效粒子数的值找出一定数量的权重大的粒子,按每个粒子的权重占总权重的比例复制一定数量的该粒子到新粒子集中。复制后将该粒子权重更新为剩余权重,把所有权重重新归一化,再用传统随机重采样方法复制少量粒子,完成重采样的改进算法,进而得到改进重采样的粒子滤波盲分离算法。仿真结果表明,在粒子滤波单通道盲分离应用中,提出的改进重采样算法与传统随机重采样算法相比,在复杂度近似相同的情况下误码性能提高了约1 dB。     

一种改进的粒子滤波目标跟踪算法

为解决常规的基于粒子滤波的目标跟踪算法,使用状态转移分布作为采样粒子的建议分布函数,没有考虑当前的观测值,从而造成定位时间长、定位精度低的问题.采用将最新的观测值融合到采样过程中,利用粒子群优化方法实现目标的跟踪,使得采样粒子集往后验概率密度分布较大的区域移动,从而显著地降低了精确定位所需的粒子数.研究结果表明:改进后的目标跟踪算法性能更优.     

基于改进粒子滤波算法的动力锂离子电池荷电状态估计

传统电池荷电状态(SOC)估计中常用的扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)方法仅适用于线性系统和高斯条件,虽然粒子滤波(PF)算法能用于非线性和非高斯系统,但PF算法在滤波更新时存在粒子退化现象,使粒子集无法表示实际后验概率分布,导致估计精度降低.采用改进的扩展粒子滤波(EPF)和无迹粒子滤波(UPF)算法对电池SOC进行估计,抑制了粒子权重退化.以Thevenin模型对电池进行建模,利用带遗忘因子的最小二乘方法进行模型参数辨识,结合改进后的滤波算法对电池SOC进行估计.实验结果表明,以UKF为建议密度函数进行重采样的UPF方法平均估计误差为0.71%,低于以EKF为建议密度函数的EPF方法平均误差(1.09%),两种方法的估计误差均小于PF估计误差(1.36%),有效抑制了粒子权重退化.     

基于改进粒子滤波算法的Bouc-Wen模型参数在线识别方法

在线模型参数更新是提高结构混合试验中数值子结构模型精度的有效手段。为了提高强非线性模型参数在线识别精度,在标准粒子滤波算法的基础上提出了一种改进的辅助无迹粒子滤波算法。在重要性采样中,基于最新观测信息采用无迹卡尔曼滤波方法计算每一个粒子估计,以提高粒子非线性变换估计精度;在重采样过程中,引入辅助因子修正粒子权值,以丰富粒子多样性、削弱粒子退化现象。采用改进粒子滤波算法针对Bouc-Wen模型进行了在线参数识别,并与标准粒子滤波算法、扩展卡尔曼粒子滤波算法以及无迹粒子滤波算法的参数识别精度和计算效率进行对比分析。结果表明,与其它3种算法相比,辅助无迹粒子滤波算法在单步计算耗时增加的基础上,在线参数识别精度明显提高,参数识别值波动幅度显著降低。最后,通过橡胶隔震支座拟静力试验,验证了采用改进粒子滤波算法在线识别Bouc-Wen模型参数方法的有效性。