基于Sh相关系数的非线性系统状态粒子估计算法

本文提出一种适用于非线性系统状态的粒子估计算法--基于Sh相关系数的粒子估计(PE)算法.该算法主要由预测、更新和平滑组成,利用被估计状态观测值路径和粒子观测值路径之间的Sh相关系数来修正粒子权值.仿真实验结果表明,该算法在状态估计精度上优于序列重要性重采样(SIR)算法、辅助粒子滤波(APF)算法、正则化粒子滤波(RPF)算法、高斯粒子滤波(GPF)算法和高斯混合粒子滤波(GSPF)算法.     

基于随机集模型的MIMO-OFDM信道估计算法

在多径分量数确定的前提下,MIMO-OFDM系统采用传统的基于导频辅助和盲信道估计算法能获得较好性能。实际无线环境中,多径分量数目与幅度都是时变的,则传统信道估计方法不再适用。该文采用随机集理论建模MIMO-OFDM系统信道多径分量数的变化和MIMO信道。基于此模型提出了集中粒子空间重采样方法(CRS),在保留大概率粒子抽样样本的同时主动抛弃小概率抽样样本,以获得更为准确的真实样本逼近。并提出了基于集中重采样Rao-Blackwellised粒子滤波的信道估计方法(RBPFC)。仿真结果表明:所提出的RBPFC方法信道估计性能最好,基本Rao-Blackwellised粒子滤波方法次之但优于基本粒子滤波算法,卡尔曼滤波的信道估计方法性能最差。     

一种新的改进辅助变量粒子滤波算法北大核心CSCD

针对辅助变量粒子滤波(AVPF)对状态估计无法获得较好的滤波精度的问题,本文提出了一种改进的辅助变量粒子滤波算法.将正则化的思想引入到辅助变量粒子滤波的重采样中,在重采样中将离散的概率分布函数近似为连续的分布函数,该方法不仅保留了AVPF在重采样之前依据似然值的大小对原粒子集中的各个权值进行修正,从经过平滑后的后验密度中重采样的特点,在重采样中引入正则化思想后还能够保持粒子的多样性,增加有效样本数目,能够有效抑制样本退化.针对一个被广泛采用的双峰,高度非线性的系统模型,在选取不同的过程噪声下,进行Monte Carlo仿真实验.仿真实验表明,改进的辅助变量粒子滤波具有更好滤波精度.     

高斯-厄米特粒子滤波器

针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题,本文提出一种新的基于序贯重要性抽样的粒子滤波算法.在滤波算法中,我们用一簇高斯-厄米特滤波器(GHF)来产生重要性概率密度函数.此概率密度在系统状态的转移概率的基础上融入最新的观测数据,因此更接近于系统状态的后验概率.理论分析与实验结果表明:在观测模型具有高精度的场合或似然函数位于系统状态转移概率的尾部时,用GHF产生重要性概率密度函数的粒子滤波即高斯-厄米特粒子滤波(GHPF)的性能要明显地优于标准的粒子滤波、扩展的卡尔曼滤波、GHF.     

宽带波达方向估计的辅助粒子滤波算法

针对粒子滤波宽带波达方向估计中因采样粒子权值不稳定导致估计误差较大的问题,提出了基于辅助粒子滤波的宽带波达方向估计算法。该算法利用贝叶斯重要性采样算法,在权值大的粒子基础上引入辅助粒子变量,重新定义重要性采样分布函数。经过两次加权计算,进而改善粒子退化问题,并引导粒子向高似然区域移动,使粒子在真实状态周围分布更均匀,粒子权值比仅用重采样的粒子权值变化更稳定。仿真实验表明,该算法在均方根误差和检测概率性能上优于粒子滤波算法。      

一种基于差分演化的粒子滤波算法

针对粒子滤波(Particle Filter, PF)存在的粒子退化和贫化问题,该文提出一种基于差分演化(Differential Evolution, DE)的PF算法。首先,为了充分利用最新的观测信息,采用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)来产生重要性分布,对重要性分布产生的采样粒子不再做传统重采样操作,而是直接把采样粒子当作DE中的种群样本,粒子权重作为样本的适应函数,对粒子做差分变异、交叉、选择等迭代优化,最后得到最优的粒子点集。试验结果表明,该算法有效缓解了传统PF算法中的粒子退化和贫化,提高了粒子的利用率,具有较好的估计精度。     

改进的粒子滤波算法

针对标准粒子滤波算法重采样后粒子多样性丧失问题,提出一种在粒子补偿的基础上,利用预测值与观测值的方差进行粒子重采样的改进粒子滤波算法。该算法是在标准粒子滤波算法的基础上,加入粒子补偿的步骤,然后利用预测值与观测值的方差在权值较高的粒子周围进行重采样来改善标准粒子滤波算法中粒子多样性丧失问题。实验结果表明:在相同条件下,改进粒子滤波算法比标准粒子滤波算法具有更小的平均均方误差(RMSE)和更高的目标跟踪精度,数据表明,其目标跟踪精确度提高30%以上。     

一种扩展H∞粒子滤波方法

重要性函数的选择是粒子滤波算法的核心,本文提出一种基于扩展H∞滤波(EHF)产生重要性函数的扩展H∞粒子滤波(EHPF)算法,由于EHF滤波算法鲁棒性强、滤波精度高,且该滤波算法考虑了最新的观测数据,因此由其产生的重要性函数更接近于系统状态的真实后验概率分布.理论分析和仿真结果表明扩展H∞粒子滤波算法的滤波性能明显优于标准粒子滤波算法,扩展卡尔曼滤波算法和扩展卡尔曼粒子滤波算法,与不敏粒子滤波算法滤波精度相当,但计算复杂度要低于不敏粒子滤波算法,是一种有效的粒子滤波算法.     

基于遗传算法和神经网络的改进粒子滤波的GPS定位数据处理算法

针对GPS接收机观测噪声分布的特点和粒子滤波存在的粒子退化问题,提出基于遗传算法和神经网络的重要性权值调整粒子滤波算法。将遗传算法全局寻优的收敛性与BP神经网络局部寻优的快速性结合,改善粒子的分布。将改进粒子滤波应用于GPS定位精度改善,与神经网络辅助的粒子滤波进行比较,对比两者的有效粒子数目和训练误差。实测GPS数据处理验证表明,该算法增加了有效粒子数目,有效抑制了粒子退化,在改善GPS定位精度上取得了良好的效果。     

一种改进粒子滤波目标跟踪算法

使用粒子滤波进行目标跟踪时,是用状态转移概率作为重要性函数,由于没有利用最新的观测信息,使得滤波效果不够理想.针对粒子滤波算法的这一缺陷, 提出了一种改进粒子滤波算法,该算法利用平方根无迹变换获得重要性函数,解决了粒子滤波算法以状态转移概率作为重要性函数的不足,同时保证了滤波过程中的稳定性.理论分析与仿真实例结果均表明,该算法提高了滤波的稳定性和精确性.     

Improved particle filter based on fine resampling algorithm

In order to solve particle degeneracy phenomenon and simultaneously avoid sample impoverishment,this paper proposed an improved particle filter based on fine resampling algorithm for general case,calle...     

一种改进粒子滤波算法分析

在非线性、非高斯系统的状态估计研究中,最常用的是EKF和UKF两种方法,但是这两种方法还局限于高斯分布的情况。在之后的研究中出现了不受非线性、非高斯分布问题限制的粒子滤波算法。这种算法的主要问题是粒子退化问题,常规的再采样方法虽然可以解决退化问题,但是容易导致粒子耗尽。针对这种问题,本文提出用辅助变量粒子滤波算法,对标准粒子滤波算法步骤中的再采样部分进行改进,最后对算法进行性能仿真及分析。仿真结果表明,改进的粒子滤波算法性能良好。     

基于人工蜂群算法的粒子滤波目标跟踪

针对基于粒子滤波的视频目标跟踪算法中由于粒子重采样过程而导致粒子贫化的问题,提出了一种基于人工蜂群算法的粒子滤波目标跟踪算法,利用群体智能的特点使得粒子集在重采样前得到优化,保持了粒子的多样性,从而解决了粒子贫化问题,同时增加了有效粒子的数目.实验结果表明,基于人工蜂群算法的粒子滤波跟踪算法,比标准粒子滤波跟踪算法所需粒子数更少,对目标遮挡、较复杂背景有较好的跟踪效果.     

基于CPFDE的目标跟踪算法研究

在目标跟踪中,为了克服粒子滤波的粒子退化和贫化问题,提高滤波精度,文中将差分演化算法与容积粒子滤波相结合,形成了差分演化容积粒子滤波算法。在粒子进行先验更新时, 使用容积卡尔曼滤波算法融入当前时刻的量测信息并用其来产生重要性密度函数,并且在重采样阶段,用差分演化算法对根据重要性密度函数抽取的采样粒子做优化操作,从而克服粒子滤波存在的粒子退化及贫化问题,提高滤波性能。实验结果表明,和粒子滤波、无迹粒子滤波、容积粒子滤波相比,该算法有着更高的滤波精度和更好的稳定性,并且能够提高雷达机动目标跟踪的精确性。     

量子进化粒子滤波算法及其在说话人跟踪中的应用

以说话人跟踪问题作为应用背景,针对非线性、非高斯随机系统的状态估计问题,本文将量子进化算法和粒子滤波相结合,提出了一种量子进化粒子滤波算法.该算法采用量子编码来表示粒子;通过模拟量子坍塌产生粒子集,同时引入量子变异与量子交叉操作来保持粒子的多样性,从而提高了算法的滤波性能.计算机仿真与说话人跟踪实验结果表明,量子进化粒子滤波算法比通常的粒子滤波算法具有更好的滤波性能.     

用于纯方位跟踪的简化粒子滤波算法及其硬件实现

针对粒子滤波运算量大,硬件复杂性高的问题,该文提出了一种用于纯方位跟踪的简化粒子滤波算法,该算法引入了一种新的基于阈值的重采样方法,降低了硬件实现的复杂度。在算法研究的基础上,论文研究了基于FGPA的硬件电路实现方法,给出了系统的整体硬件结构及重采样/采样模块的实现方案,讨论了粒子滤波硬件实现的资源优化及时间优化问题。仿真结果表明,对于纯方位跟踪问题,该粒子滤波算法具有优于扩展Kalman滤波器(EKF)的性能;硬件电路实验表明,该滤波器可以实现对被动目标的纯方位跟踪,并具有比通用粒子滤波器较快的处理速度。     

基于粒子滤波理论的雷达多目标TBD检测

粒子滤波理论适用于在非线性和非高斯环境下的目标跟踪与检测。文中基于序列重要性采样定理,提出了模型环境和多雷达目标检测的递归贝叶斯TBD算法。此算法在基本粒子滤波算法SIR的基础上,采用多模型粒子滤波器实现了多雷达目标的检测。仿真结果表明,算法能够有效地进行目标跟踪与检测。     

MCMC粒子滤波算法研究及应用

粒子滤波算法是一种基于贝叶斯估计的蒙特卡罗方法,适用于非线性非高斯系统的分析,被广泛应用于跟踪、定位等问题的研究中。为了解决粒子滤波算法在重采样后,丧失粒子多样性的问题,本文在粒子滤波算法的重采样步骤后,加入了马尔可夫链蒙特卡罗（Markov Chain Monte Carlo,简称MCMC）移动步骤,增加粒子的多样性。利用粒子滤波算法和MCMC粒子滤波算法对目标跟踪问题进行了仿真,并且通过分析仿真实验结果,比较了两种算法的性能,结果说明加入MCMC粒子滤波算法的性能优于粒子滤波算法。     

Resampling algorithms and architectures for distributed particle filters

In this paper, we propose novel resampling algorithms with architectures for efficient distributed implementation of particle filters. The proposed algorithms improve the scalability of the filter architectures affected by the resampling process. Problems in the particle filter implementation due to resampling are described, and appropriate modifications of the resampling algorithms are proposed so that distributed implementations are developed and studied. Distributed resampling algorithms with proportional allocation (RPA) and nonproportional allocation (RNA) of particles are considered. The components of the filter architectures are the processing elements (PEs), a central unit (CU), and an interconnection network. One of the main advantages of the new resampling algorithms is that communication through the interconnection network is reduced and made deterministic, which results in simpler network structure and increased sampling frequency. Particle filter performances are estimated for the bearings-only tracking applications. In the architectural part of the analysis, the area and speed of the particle filter implementation are estimated for a different number of particles and a different level of parallelism with field programmable gate array (FPGA) implementation. In this paper, only sampling importance resampling (SIR) particle filters are considered, but the analysis can be extended to any particle filters with resampling.     

一种确定性的粒子滤波算法

基于序贯蒙特卡罗的粒子滤波已成为研究非线性非高斯估计问题的一个重要途径.该文将统计学中的数论方法应用于粒子滤波,用代表点来代替随机样本,由于随机分布的代表点较蒙特卡罗方法具有更好的收敛速度,对随机分布有更好的代表性,因此可望提高粒子滤波的性能.在简单介绍了粒子滤波及随机分布代表点理论的基础上,将随机分布的F-偏差代表点应用于粒子滤波,对粒子滤波中关键的初始粒子生成、重点密度采样及再采样过程给出了相应的代表点算法,得到了一个包含最少随机操作的确定性粒子滤波算法.仿真结果表明,确定性粒子滤波算法在滤波性能及计算效率均有不同程度的提高.