有色量测噪声下的改进求容积卡尔曼滤波器

为解决标准求容积卡尔曼滤波器在有色量测噪声条件下滤波精度退化的问题,提出改进求容积卡尔曼滤波器及其平方根形式.首先利用一阶马尔科夫模型白化非线性离散随机系统中有色量测噪声,将有色量测噪声下非线性离散随机系统转化为白噪声下非线性时滞系统.然后根据所得非线性时滞系统推导其高斯域的贝叶斯滤波框架,最后基于3度Spherical-Radial规则将该滤波框架近似为改进的求容积卡尔曼滤波器和其平方根形式.机动目标跟踪仿真试验结果表明两种改进求容积卡尔曼滤波算法在标准白噪声条件下与标准求容积卡尔曼滤波算法的估计精度相同,而在有色量测噪声背景下滤波精度和鲁棒性更优.     

带有色量测噪声的非线性系统 Unscented 卡尔曼滤波器

传统Unscented卡尔曼滤波器(Unscented Kalman filter, UKF)要求噪声必须为高斯白噪声, 无法解 决带有色噪声的非线性系统滤波问题. 为此, 本文提出了一种带有色量测噪声的UKF滤 波新算法. 首先,基于量测信息增广和最小方差估计, 推导出一类带有色量测噪声的非 线性离散系统状态的最优滤波框架, 接着采用Unscented变换(Unscented transformation, UT)来计算最优框架中的 非线性状态后验均值和协方差, 进而得到有色量测噪声下UKF滤波递推公式. 所设 计的UKF新方法能有效地解决传统UKF在量测噪声有色情况下非线性滤波失效的问题, 数 值仿真实例验证了其可行性和有效性.     

带二次约束的容积卡尔曼目标跟踪算法

为了提高对带约束目标的跟踪精度,提出了一种带二次约束的容积卡尔曼目标跟踪算法。使用容积卡尔曼滤波得到当前时刻后验估计,通过将系统二次约束作为测量方程引入系统,对后验估计进行修正,最后采用仿真实验对算法性能进行测试。实验结果表明,相对于传统的约束卡尔曼滤波算法,在同等条件下,该算法提高了目标跟踪精度,并且稳定性更强。     

基于平方根求积卡尔曼滤波器的弹道目标跟踪

针对再入阶段的弹道目标跟踪问题,提出运用平方根求积卡尔曼滤波器(SRQKF)估计目标的状态.所提出的算法是求积卡尔曼滤波(QKF)算法的平方根实现.该算法传播了目标状态的均值和协方差的平方根,确保了协方差矩阵的对称性和半正定性,改进了数值精度和稳定性,但其计算复杂性稍有增加.仿真实验表明,所提出算法的估计精度优于QKF算法和扩展卡尔曼滤波(EKF)算法,是一种很有效的非线性滤波方法.     

基于迭代平方根容积粒子滤波目标跟踪算法

针对粒子滤波目标跟踪算法粒子退化及跟踪精度问题,提出了一种基于马尔可夫链-蒙特卡罗(MCMC,Markov Chain Monte Carlo)的迭代平方根容积粒子滤波(ISRCPF,iterated square root cubature Kalman particle filter)算法(ISRCPF-MCMC).在该滤波算法中,利用容积数值积分原则计算非线性随机函数的均值和方差,通过正交矩阵分解代替矩阵开方,在生成的粒子滤波建议分布中融入当前量测值,提高对系统后验概率的逼近程度.然后在此基础上融合MCMC抽样算法(MH,Metropolis Hasting)对所选建议分布进行优化,增加粒子多样性,以提高跟踪精度.仿真试验结果表明,ISRCPF-MCMC算法的估计误差与其他算法相比降低至0.403％.     

基于多普勒信息的UKF目标跟踪算法

在实际雷达信号应用中,当目标的状态方程和观测方程在不同坐标系下得到时, 对目标状态的估计不再是线性的而是非线性的.为了提高在非线性情况下对目标的跟踪精度,为提高实时性和统计精度,提出了一种基于多普勒信息的UKF(Unscented Kalman Filter)滤波算法,算法是在原有UKF算法所有信息的基础上,引入目标的多普勒信息即径向速度,推导出新的测量模型和相应的滤波算法.应用matlab软件对目标的跟踪轨迹进行仿真,结果表明,引入雷达多普勒测量信息的UKF算法比传统的UKF算法和EKF算法具有更高的估计精度.     

基于随机采样的多量测目标跟踪算法

在多目标跟踪领域,传统算法假设目标是点源辐射体,至多产生一个量测点,随着现代 传感器技术的发展,可以获得一个目标的多个量测. 本文研究当目标具有一定刚体几何形状并产生 多量测的问题,这类目标称为多量测目标.首先,通过建立目标形状的刚体参数模型,提出采用参数马 尔科夫链采样的方法,估计目标的形状参数.其次,采用等效量测方法,获得目标形心 点的运动状态. 针对目标个数未知情况,在形状目标量测满足泊松分布假设条件下,采用泊松强度比方法获得目标的个数估计. 本文定义了目标类型概率并给出 了目标类型概率的递推算法. 最后,通过三个具有不同形状和分布的多量测目标在二维平面的匀速(Constant velocity, CV)运动进行验证说明,实验表明: 所给方法在目标运动状态估计方面能够获得比较高的估计精度,目标形状估计能够比较稳定精确地估计目标形状的变化. 此外, 500次蒙特卡洛(Monte Carlo, MC)仿真实验表明,多量测目标的跟踪丢失率约为1.4%.     

基于多传感器不完全量测下的机动目标跟踪算法

针对传感器探测概率小于1的不完全量测情况下的非机动目标跟踪问题,提出一种基于多传感器不完全量测下的扩展Kalman滤波算法。首先,利用残差检测的野值剔除方法,确定目标状态估计过程中传感器是否接收到正确的量测数据;其次,基于每个传感器的量测数据,在不完全量测下采用改进的扩展卡尔曼滤波算法分别对目标运动状态进行估计;进而结合多传感器最优加权融合方法求解基于多传感器观测数据的状态估计;最后,将算法应用到光电跟踪系统中。仿真实验得到不完全量测下传感器探测概率对滤波效果的影响,验证了算法的有效性,其跟踪精度接近完全量测下的状态估计精度。     

基于容积卡尔曼滤波的异类多传感器一致性融合算法

针对单一光频传感器获取目标特征信息存在的不一致性,提出一种基于容积卡尔曼滤波的异类多传感器一致性融合方法。首先,从原理上分析了激光、红外与雷达三类传感器量测信息的特征及其存在的差异,进而在容积卡尔曼滤波框架下,针对雷达、红外和激光探测等组成的典型目标侦测系统,结合一致性融合策略,通过对目标距离和方位信息融合处理改善目标状态估计精度。仿真结果表明：相对于传统的单传感器滤波方法,所提出的融合方法和策略具有较好的滤波性能。     

区间量测下基于无迹变换的伯努利粒子滤波算法

针对区间量测下目标的实时检测与跟踪问题,提出基于无迹变换的伯努利粒子滤波算法(Bernoulli- Upf).该算法在伯努利粒子滤波算法(Bernoulli-pf)的基础上融合无迹卡尔曼滤波(UKF),融合后的算法在预测步骤产生持续存活粒子时,充分考虑到当前时刻的量测,从而引导粒子向高似然区域移动,使得粒子分布更加接近真实状态的后验分布.仿真实验表明,Bernoulli-Upf算法的估计精度优于Bernoulli-pf算法.     

基于鲁棒容积卡尔曼滤波的自适应目标跟踪算法

目标跟踪系统的观测野值将大大降低滤波算法对目标状态的估计精度.为了解决这个问题,提出了一种基于鲁棒容积卡尔曼滤波的自适应目标跟踪算法.借鉴Huber等价权函数的思想,构造了基于平方根平滑逼近函数的修正因子以抑制观测野值的影响,并结合容积卡尔曼滤波器求解框架推导出该算法.区别于Huber方法对观测残差的每个维度分别进行处理,提出的算法能够对观测残差进行综合评判.理论分析证明所提算法具有更好的数值稳定性.仿真实验表明,所提算法能够自适应地减少异常值的不利影响,与现有算法相比具有更优的滤波性能.在仿真实验中还对几种滤波算法的计算花费进行了比较,发现所提算法未大幅增加计算成本.     

基于距离参数化的混合坐标系下平方根容积卡尔曼滤波纯方位目标跟踪

针对纯方位单站目标跟踪中观测方程非线性且易受滤波初值影响的问题,提出了一种距离参数化混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波(SRCKF)算法.该滤波算法首先将平方根容积卡尔曼滤波算法应用于混合坐标系,比直角坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波算法能得到更好的跟踪效果;接着将距离参数化思想和混合坐标系下的平方根容积卡尔曼滤波算法结合,消除了距离信息不可测对跟踪效果的影响.仿真结果表明,该滤波算法虽略微提升了计算复杂度,但其鲁棒性和滤波精度均有大幅度的提高.     

High-degree cubature Kalman filter

The cubature Kalman filter (CKF), which is based on the third degree spherical–radial cubature rule, is numerically more stable than the unscented Kalman filter (UKF) but less accurate than the Gauss–Hermite quadrature filter (GHQF). To improve the performance of the CKF, a new class of CKFs with arbitrary degrees of accuracy in computing the spherical and radial integrals is proposed. The third-degree CKF is a special case of the class. The high-degree CKFs of the class can achieve the accuracy and stability performances close to those of the GHQF but at lower computational cost. A numerical integration problem and a target tracking problem are utilized to demonstrate the necessity of using the high-degree cubature rules to improve the performance. The target tracking simulation shows that the fifth-degree CKF can achieve higher accuracy than the extended Kalman filter, the UKF, the third-degree CKF, and the particle filter, and is computationally much more efficient than the GHQF.     

基于高斯和SCKF 的姿态角辅助三维目标跟踪

首先, 根据目标运动与姿态角的关系, 分析目标在偏航角和俯仰角下的速度变化, 进而推导出姿态角辅助三维目标跟踪模型; 然后, 针对姿态角量测非高斯情况, 在分析均方根容积卡尔曼滤波的基础上, 提出新的高斯和均方根容积卡尔曼滤波算法, 以提高非线性非高斯的处理能力; 最后, 结合不同运动模式下姿态角分量的特点, 建立姿态角分量不同的跟踪模型, 通过模型切换实现对姿态角机动的跟踪. 仿真结果验证了所提出跟踪模型和滤波算法的正确性和有效性.     

平方根体积积分卡尔曼滤波

体积积分是一种新的具有较高代数精度的积分方法。为了提高非线性滤波算法的精度和数值稳定性,将体积积分规则和平方根分解引入卡尔曼滤波框架中,提出了平方根体积积分卡尔曼滤波算法（SRCQKF）。新算法采用球半径体积规则和高斯-拉盖尔积分规则计算积分点,利用矩阵的QR分解得到协方差矩阵的平方根并传播平方根。两个典型的非线性系统的实验结果表明,与体积卡尔曼滤波相比,新算法提高了非线性状态的估计精度,具有较高的数值稳定性。     

基于卡尔曼滤波的动态目标跟踪

为了实现工业相机对动态目标的准确、实时跟踪,提出了基于卡尔曼滤波的算法。通过创建背景模型来估计出当前背景,进而得到前景区域,并对前景区域进行相关处理,最后通过计算补集得到更新后的背景。此方法能根据不同场景信息调整前景与背景阈值,减弱背景区域造成的噪声影响,实时地根据场景变化快速、自动更新背景,并对每一位置的像素进行背景估计。通过在VS2010平台上结合JAI软件开工具包(Software Development Kit,SDK)调用Halcon函数库实现了卡尔曼滤波动态跟踪,其中JAI SDK用于开发千兆网相机,几乎支持所有千兆网相机。实验结果表明,该算法能够实现对目标的实时动态跟踪,实时性强,准确度高。     

强跟踪卡尔曼滤波在视频目标跟踪中的应用

针对经典卡尔曼滤波器在滤波数学模型与实际过程的数学规律不匹配、滤波特性较差的情况,提出利用强跟踪卡尔曼滤波器对视频序列图像中的运动目标进行跟踪。该方法是在经典卡尔曼滤波递推公式中的一步验前误差方差阵中引入可在线计算的时变渐消矩阵,从而调节增益K,使之能够不断变化,保证对新息序列的自适应调节,使状态滤波更准确。实验结果表明,较之经典卡尔曼滤波,该方法具有对运动目标更强的跟踪能力,跟踪精度更高,均方误差更小。     

有色量测噪声下的HCKF及其应用

针对高阶容积卡尔曼滤波（HCKF）算法在有色量测噪声条件下滤波精度下降的问题,提出了有色量测噪声下的HCKF算法。通过一阶马尔科夫模型将有色量测噪声进行白化,将带有色量测噪声的非线性离散随机系统转化为白噪声下的非线性时滞系统,并给出高斯域内针对非线性时滞系统的贝叶斯滤波框架。利用高阶容积准则对该滤波框架进行近似计算,进而得到有色量测噪声下的HCKF算法。将所提算法应用到机动目标跟踪系统中,仿真实验结果表明,量测噪声为白噪声时,所提算法与标准HCKF算法具有相同的估计性能;在量测噪声为有色噪声时,所提算法相比于标准HCKF具有更优的估计精度和鲁棒性。