渐消自适应Unscented粒子滤波及其在组合导航中的应用

提出一种新的渐消自适应Unscented粒子滤波算法,通过Sigma点来获取状态估值和协方差阵,利用渐消因子自适应的调节权值大小,得到一种参数可调节的重要性密度函数。该重要性密度函数考虑了最新量测的影响,更合理地利用有效信息,保证了粒子多样性,使滤波性能明显改善,能更好地解决非线性非高斯系统模型的滤波问题。将提出的算法应用于SINS/SAR组合导航系统中,与扩展Kalman滤波和渐消自适应扩展Kalman滤波比较,仿真结果表明,提出的滤波算法能提高导航解算的精度,其性能明显优于扩展Kalman滤波和渐消自适应扩展Kalman滤波。

权值自适应调整Unscented粒子滤波及其在组合导航中的应用

针对粒子滤波存在的重要性密度函数难以选取和粒子退化问题,提出了一种新的权值自适应调整Unscented粒子滤波算法。该算法在Unscented粒子滤波的采样过程中吸收权值自适应调整的优点,考虑最新量测影响,通过欧氏距离和反映量测噪声统计特性的精度因子来自适应的调整粒子对应权值分布,增加有用粒子的权值,降低粒子退化程度,保持粒子多样性。同时Unscented变换提高了滤波精度,使该算法能更好地适用于非线性、非高斯系统模型的计算。将提出的算法应用于GPS/DR组合导航系统进行仿真验证,结果表明,提出的权值自适应调整Unscented粒子滤波算法得到的东向定位误差控制在±5.5 m附近,北向定位误差则在±5.2 m附近,滤波性能明显优于扩展卡尔曼滤波和Unscented粒子滤波,能提高GPS/DR组合导航系统解算精度。

一种新的抗差自适应Unscented粒子滤波

针对粒子滤波存在的重要性密度函数难以选取和可能出现粒子退化的问题。提出了一种新的抗差自适应Unscented粒子滤波算法。该算法不但能利用等价权函数和自适应因子合理的分配信息,提高滤波精度,而且具有Unscented粒子滤波的优点,更好的适用于非线性、非高斯系统模型的计算。仿真结果表明,文中提出的抗差自适应Unscented粒子滤波算法,滤波性能明显优于扩展卡尔曼滤波和粒子滤波算法,并且能提高组合导航系统的定位精度。

Unscented粒子滤波在静基座捷联惯导系统大方位失准角初始对准中的应用研究

静基座大方位失准角的捷联惯导系统误差方程是非线性的,Unscented粒子滤波从非线性系统状态向量概率分布出发,结合Unscented卡尔曼滤波和粒子滤波的特点,无需对非线性系统模型进行处理而能达到较高的滤波精度。本文对Unscented粒子滤波进行了研究,并结合重采样算法,运用于捷联惯导系统静基座大方位失准角初始对准中,计算结果验证了该方法的有效性与优越性。

基于粒子群优化的Unscented粒子滤波算法

针对Unscented粒子滤波(UPF)算法中的粒子退化及重采样引起的粒子枯竭等问题,利用粒子群优化算法使粒子通过比较其当前值与最优粒子的适应度值调整自身速度,向高似然域移动,寻找最优位置,并对重采样过程进行优化,以缓解粒子的退化及枯竭问题。实验结果证明,该算法提高了UPF算法的状态估计精度。

有色噪声下基于Unscented粒子滤波的语音增强方法

针对含有色噪声的语音,提出了一种基于Unscented粒子滤波的单通道语音增强方法。采用时变自回归模型(TVAR)对干净语音建模,通过Unscented粒子滤波器估计AR模型的参数并滤除有色噪声。与大多数常用的粒子滤波选择的建议分布不同,Unscented粒子滤波器采用Unscented卡尔曼滤波器生成粒子滤波的建议分布。由于在粒子的更新过程中考虑了最近的观测值,Unscented粒子滤波器能够在粒子数少于传统粒子滤波算法所需粒子数目的基础上改善估计的性能。仿真实验结果表明,在有色噪声背景下该算法具有良好的语音增强效果。

自适应平方根Unscented粒子滤波算法研究

针对粒子滤波存在的重要性密度函数难以选取和可能出现粒子退化的问题,在吸收平方根滤波、自适应滤波和粒子滤波优点的基础上,提出了一种新的UPF算法。该算法由UKF算法得到重要性密度函数,通过自适应因子实时控制动力学模型误差,采用平方根分解法抑制系统状态协方差矩阵的负定性。仿真结果证明,文中所提出的自适应平方根UPF算法,不但适用于非线性、非高斯动态系统的滤波计算,而且能有效地改善滤波性能,提高SINS/SAR组合导航系统的定位精度。

基于Unscented粒子滤波的传感器管理算法

传感器管理是信息融合技术的重要研究方向,以往的传感器管理算法主要是针对线性融合系统,现实中非线性系统更为普遍,而针对非线性融合系统的传感器管理算法研究较少。粒子滤波是目前非线性领域中应用最广的滤波算法,该算法的主要思想是使用一个带有权值的粒子集合来表示系统的后验概率密度。U nscen ted粒子滤波采用U nscen ted卡尔曼滤波计算提议概率密度分布,粒子的产生充分考虑当前时刻的量测,使得粒子的分布更加接近状态的后验概率分布。针对非线性系统,提出了一种基于U nscen ted粒子滤波的传感器管理算法。首先利用U nscen ted粒子滤波对目标进行状态估计,求出目标的协方差;然后利用信息熵计算目标的信息增量;最后利用信息增量最大对传感器资源进行分配,并对该算法进行了仿真。

非高斯噪声下基于Unscented粒子滤波器的非线性系统故障诊断方法

非高斯噪声下非线性系统的故障诊断中,一般是基于粒子滤波器的方法,但普通粒子滤波器通常会发生“退化”现象,严重影响故障的检测和诊断品质。本文通过引入Unscented粒子滤波器方法,利用Unscented变换对随机分布的非线性概率传递能力来产生建议分布,能明显地改善普通粒子滤波器的性能;然后,提出了基于该滤波器的序贯式故障诊断策略,采用负对数似然比方法监控系统的运行状态,故障发后利用状态联合估计器进行故障隔离。计算实例表明,该新方法能实时检测诊断出非线性系统的故障,同时能抑制非高斯噪声的影响。

Unscented粒子滤波器及其在纯方位跟踪中的应用

为处理纯方位跟踪(BOT)中的非线性问题,提出了一种Unscented粒子滤波(UPF)跟踪方法。在使用Unscented变换的基础上,利用UPF来加入最新的观测量并产生非线性粒子滤波(PF)的建议分布。结合纯方位跟踪模型,推导了UPF应用的具体算法步骤,使用匀速运动和机动目标两个BOT仿真实例,与其它滤波器进行了仿真对比,分析了跟踪性能和误差。仿真结果表明,对于纯方位跟踪问题,UPF不仅解决了扩展卡尔曼滤波器的线性化损失难题,而且与PF等粒子滤波器相比,具有更高的跟踪精度。

基于Unscented粒子滤波的无序观测下水下无线传感器网络目标被动跟踪

为提高水下无线传感器网络(UWSN)中的目标被动跟踪性能,提出了一种新的无序观测量(OOSM)处理算法.利用节点动态分簇建立分布式跟踪结构,簇头节点收集子节点的观测量形成本地估计.基于这种分布式结构,利用Unscented粒子滤波(UPF)结合新观测量,产生粒子滤波的建议密度分布,处理OOSM问题.详细推导了基于UPF的OOSM处理算法(OOSM-UPF)的具体实现步骤.利用转弯率建立机动目标跟踪模型,构建虚拟三维WSN仿真环境,比较了几种OOSM算法的性能.仿真结果表明,与其它算法相比,分布式OOSM-UPF算法的跟踪性能有了明显的提高.

基于unscented粒子滤波的红外弱小目标跟踪

为有效解决非线性环境中的红外弱小目标跟踪问题,提出基于unscented粒子滤波的目标跟踪算法。状态转移先验概率中未考虑当前测量对状态估计的作用,为克服传统粒子滤波算法采用状态转移先验概率作为粒子滤波建议分布的缺点,采用UKF生成粒子滤波的建议分布(UPF),并从中抽样粒子。由于考虑到当前观测值在状态后验估计中产生的影响,改善了目标状态估计的性能,且实验所需粒子数目大大少于传统粒子滤波算法所需粒子数目。用实际红外图像对所提算法做了仿真实验,结果表明,用该方法得到的状态估计结果优于用传统粒子滤波算法和用扩展卡尔曼滤波作为建议分布的粒子滤波算法获得的结果。

Unscented粒子滤波算法在合成孔径声纳组合导航中的应用

研究了基于捷联惯导(SINS)、多普勒声速剖面仪(ADCP)的水下组合导航方法。建立了基于四元数的SINS/ADCP误差模型。针对一般粒子滤波算法中存在的粒子退化问题,对Unscented粒子滤波算法进行了研究,并应用于SAS导航模型。算法采用Unscented卡尔曼滤波(UKF)引入了最新观测量来产生粒子滤波(PF)的建议密度分布,提高了状态估计的性能。仿真结果表明:在SAS复杂的运动情况下,UPF算法比传统粒子滤波算法具有更高的精度。

分布式Unscented粒子滤波跟踪

提出了一种新的分布式粒子跟踪算法,该算法主要考虑传感网络能量受限、通信受限等特性,改善了通常的分布式粒子滤波粒子数目大、节点间信息交换多的弊端,能够用较少的节点计算得到对机动目标更好的跟踪结果,实现了改进的分布式粒子滤波(DUPF)。DUPF算法的主要思想是利用UnscentedKalman滤波改进分布式粒子滤波算法形成一个建议分布,用来生成粒子分布,在这个基础上,通过分布式粒子滤波实现目标的在线跟踪。仿真实验表明,和分布式粒子滤波相比,DUPF只需要其25%的粒子数目就能达到同样的跟踪精度,即可用较少的节点和通信消耗,实现高精度的目标跟踪。

基于奇异值分解的Unscented粒子滤波及其应用研究

针对粒子滤波存在重要性密度函数难以选取和系统状态协方差阵可能出现负定性的问题,提出一种新的奇异值分解Unscented粒子滤波(SVDUPF)算法。该算法采用自适应因子调节动力学模型误差,通过奇异值分解抑制系统状态协方差矩阵的负定性,并以改进的UKF算法产生重要性密度函数,以弥补粒子滤波重要性密度函数难以选取的缺陷。将提出的算法应用到单变量非静态状态增长模型中并进行仿真验证,结果表明,提出算法的滤波精度明显优于EKF和UPF算法,能提高模型的解算精度。

基于预测残差的自适应Unscented粒子滤波

针对经典粒子滤波的样本退化问题,提出了基于预测残差的自适应Unscented粒子滤波。该方法将自适应因子与无迹卡尔曼滤波相结合构造粒子滤波的建议分布,即通过UT变化构造建议分布函数,利用预测残差作为自适应因子,在线调整测量预测协方差、状态测量互协方差和状态更新协方差的实时变化,从而调整其在滤波中的作用。非线性状态估计仿真实验表明,该算法具有较强的自适应性和较高的滤波精度。

融合残差Unscented粒子滤波和区别性稀疏表示的鲁棒目标跟踪

目的提出一种鲁棒的目标跟踪算法,将区别性稀疏表示模型应用于残差Unscented粒子滤波(RUPF)跟踪框架,从而实现对目标高效准确的跟踪。方法利用Unscented卡尔曼(UKF)滤波技术将目标的量测信息引入提议分布,并使用马尔可夫蒙特卡洛(MCMC)移动改进采样结果,提高了滤波的精度,同时有效防止了粒子的退化和贫化。基于稀疏表示建立区别性的目标观测模型,引入的背景成分可以增强算法分辨目标与背景的能力。采用可变方向乘子法(ADMM)解决稀疏表示中的L1优化问题,有效地提升了算法的执行效率。结果通过和其他跟踪算法一起,对标准测试视频进行的大量定性与定量的实验,结果表明,本文跟踪算法的跟踪精度高于一些常见的跟踪算法,同时其时间复杂度低于传统的几种基于稀疏的跟踪算法。结论随着硬件技术的不断发展,UKF滤波技术的速度不断提升,保证了本文算法可以在较高准确率下有更快的执行速度。

基于Unscented四元数粒子滤波的微小卫星姿态估计

针对基于微小卫星姿态确定系统精度低和噪声存在非高斯分布的情况,研究了适用于该定姿系统的Unscented粒子滤波(UPF,Unscented Particle Filter)算法.UPF方法结合了Unscented卡尔曼滤波(UKF,Unscented Kalman Filter)与粒子滤波(PF,Particle Filter)的特点,用UKF得到PF的重要采样函数,从而克服了PF没有考虑最新量测信息、扩展卡尔曼滤波(EKF,Extended Kalman Filter)和UKF只能应用到噪声为高斯分布的不足.以MEMS(Mi-cro Electronic Mechanical System)陀螺和CMOS APS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Active Pixel Sensors)星敏感器为姿态敏感器件,将UPF与基于误差四元数的卫星姿态运动学方程结合,构建了UPF定姿滤波器,并用MEMS陀螺采集的随机噪声数据进行了半物理仿真,对其特性进行了分析与比较.仿真比较结果表明:在敏感器精度较差并且系统噪声非高斯分布的情况下,这种基于UPF的姿态估计方法在计算粒子数目相对于PF较少的情况下,可以取得比UKF更好的滤波精度,从而有效地提高了定姿性能.

基于改进Att-LSTNet与无迹粒子滤波融合的主动配电网预测辅助状态估计

针对传统的无迹粒子滤波(unscented particle filter,UPF)存在不准确的新息向量及未知的量测噪声协方差矩阵导致估计精度低的问题,提出一种改进Att-LSTNet与UPF融合的主动配电网预测辅助状态估计(forecasting-aided state estimation,FASE)方法。首先,采用引力搜索算法(gravitational search algorithm,GSA)对支持向量回归(support vector regression,SVR)的关键参数进行优化处理,利用历史数据建立GSA-SVR模型,并将其引入至Att-LSTNet模型的输出层,构建一种增强预测模型。然后,利用UPF中的新息向量来训练该模型,并结合孤立森林算法和箱线图法对原始新息向量进行监控和修正。最后,针对量测噪声协方差矩阵未知的情况,结合修正后的新息向量和UPF计算出未知量测噪声协方差矩阵,并进行状态估计。基于IEEE33与IEEE118节点标准配电系统的算例结果表明,所提出的方法在估计精度、泛化能力和鲁棒性等方面具有优越性。

基于粒子滤波的5G-R时间同步补偿方法

5G-R作为下一代高速铁路时间同步无线通信系统,保持时间同步对高速铁路行车安全至关重要。针对现有时间同步方法未考虑5G-R快速时变信道的影响,导致主从时钟偏移估计不准确的问题,提出一种基于粒子滤波的5G-R时间同步补偿方法。构建5G-R主从时钟的相位及频率偏移的状态转移方程;采用粒子滤波算法得到时钟偏移最优估计值;完成对5G-R时间同步误差的补偿;通过试验仿真,实现多普勒频移对5G-R时间同步的影响分析,得到对高速铁路不同典型场景下时间同步性能的定量分析。结果表明:提出的方法能够有效降低5G-R无线信道时钟偏差,较其他方法具有更好的稳定性和同步性能。