恒虚警率采样粒子滤波技术及其应用研究

粒子滤波是一种基于蒙特卡洛思想的非线性、非高斯滤波器,其一般采用重要性采样进行粒子采样。但重要性采样容易出现粒子退化现象。解决粒子样本退化问题一般采用重采样。重采样虽然解决了样本的退化问题,同时又引入了采样贫瘠问题。本文根据海洋混响的统计特性和混响中目标的恒虚警率检测原理,提出了恒虚警率采样粒子滤波技术,恒虚警率采样粒子滤波技术使采样粒子尽可能集中在目标附近,有效地描述目标后验概率,降低了粒子数,减小了计算量。本文将此技术应用到海洋混响中的声纳目标跟踪中,既解决了传统卡尔曼滤波在声纳目标跟踪中的非线性、非高斯问题,又解决了粒子滤波的粒子退化及采样贫瘠问题。文中对高分辨率声纳目标数据进行了滤波跟踪,结果验证了本文方法的有效性。     

基于自适应粒子滤波的红外目标跟踪

为有效解决非线性环境中的红外目标跟踪问题,提出一种自适应粒子滤波目标跟踪算法.建立了目标加权概率模型.在滤波过程中,提出双过程粒子重抽样方法,形成对抽样粒子集的自适应调节,有效地解决了粒子退化问题.用实际红外图像序列做了实验.结果表明,在非线性环境下用该方法得到的红外目标跟踪结果优于用传统粒子滤波和扩展卡尔曼滤波算法获得的结果.     

无源声呐场景中使用辅助粒子滤波的邻近目标检测前跟踪方法

针对无源声呐多目标方位跟踪问题,研究了一种基于粒子滤波的检测前跟踪方法,关注于改善邻近目标和机动目标的跟踪性能。首先,提出了一种考虑了邻近目标影响的似然函数;其次,采用辅助变量利用量测信息优化粒子采样,当算法运动模型与目标实际运动状态失配时,这种策略具有很大优势。结合以上两点,提出了一种检测前跟踪算法,该算法将邻近目标划分为一组,使用邻近目标的预测状态计算目标的似然,计算效率较高。利用仿真生成的数据和海上采集的实际数据分别验证了该算法的性能,并与其他多目标粒子滤波检测前跟踪算法进行比较,证明了该算法具有良好的跟踪性能。在目标邻近和目标机动的情况下,该算法的优势更加明显。     

基于优化辅助粒子算法的红外目标跟踪研究

针对粒子算法存在的问题,提出了辅助粒子算法.该算法在重采样算法基础上,引进辅助变量,对粒子的权2次计算,可使粒子权值比重采样的粒子权值变化更稳定,最后给出了红外目标模型和均方根误差函数.仿真结果表明该算法对运动目标跟踪的均值和方差上均优于标准粒子滤波、重采样粒子滤波,且提高了计算效率.     

基于语音生成和发音模型的语音合成新方法的探讨

提出基于语音生成模型和发音模型ＲＴＬＡ合成模式实现以共振峰轨迹为目标的语音合成的新方法。该方法采用了基于发音声学原理的反射型传输线模型来实现语音合成器。用于控制合成器的声道面积函数参数由以三个共振峰轨迹为目标的语音生成逆向解获得。该方法不仅可以得到动态过渡和自然度好的合成语音,能够方便灵活地控制或改变语音音色,合成器所需的输入控制参数少,参数更新率低。     

团块建模与粒子滤波相结合的行人目标视觉跟踪

针对粒子滤波算法在遮挡情况下导致视觉跟踪不稳定甚至丢失目标的问题,提出了一种基于团块建模与粒子滤波相结合的目标跟踪算法。首先通过图像分割的方法得到视频帧中的初始目标,并构建目标团块模型;然后基于多团块目标信息并结合粒子滤波算法进行分块跟踪;最后利用高斯加权的方式,得到最终的目标预测位置。实验结果表明,该算法具有较强的鲁棒性,尤其是在遮挡的情况下能够实现目标的稳定跟踪。     

粒子区别性稀疏表征的小弱运动目标跟踪算法

评估每个粒子的重要性是确保粒子滤波法跟踪目标准确性的重要因素。针对背景杂波和噪声干扰形成的大量虚警导致小弱目标跟踪识别的随机性和不确定性问题, 提出了一种基于粒子区别性稀疏表征的小弱目标跟踪方法。该方法根据红外图像信号自适应构建分类超完备字典, 即反映目标信号特征的目标字典和表示背景杂波的背景字典, 有利于突出目标粒子和背景粒子在联合分类字典的稀疏表征差异程度;建立基于目标粒子和背景粒子稀疏重构残差差异性的粒子滤波观测模型, 采用随机估计法对字典子空间进行在线更新, 实现对目标状态估计与跟踪。理论分析和试验结果表明, 该方法增强了随机粒子的状态估计能力, 提升了粒子稀疏表征对小弱运动目标的适应能力和跟踪识别准确度。     

一种基于人眼视觉系统特性的粒子滤波跟踪方法

通过模仿人眼跟踪运动目标的特点,对粒子滤波框架进行改造,提出了一种基于人眼视觉系统特性的粒子滤波跟踪算法。该算法采用多特征融合,将颜色特征与运动面积特征相结合,对运动区域比较敏感;在状态更新阶段,对跟踪粒子进行进一步筛选,自适应地选择性能良好的粒子进行结果判决,保障了跟踪结果的准确性。实验表明,该方法不仅可行,而且具有良好的跟踪效果。     

稳健的双模型自适应切换实时跟踪算法

为提升卷积特征目标跟踪算法的实时性和稳健性,利用不同卷积层特征对不同目标表征能力不同的特性,提出双模型自适应切换的实时跟踪方法。该方法对选取的两个卷积层特征使用目标区域和跟踪搜索区域卷积特征的能量均值比来评估卷积特征,选择能量均值比大于给定阈值的卷积通道特征来训练两个相关滤波分类器,然后利用目标相关滤波响应图的峰旁比自适应切换两个相关滤波分类器来预测目标位置,最后采用稀疏模型更新策略来更新分类器。在标准数据集上进行算法测试,实验结果表明,本文算法平均距离精度为89.3%,接近连续卷积跟踪算法,平均跟踪速度为25.8frams/s,是连续卷积跟踪算法的25倍,整体性能优于实验中的对比跟踪算法。     

一种基于积分直方图的粒子滤波跟踪方法

用积分直方图技术提出了一种低复杂度的粒子滤波跟踪方法和基于积分颜色直方图的观测似然模型.采用积分方向直方图建立一个检测响应图,用其上的观测信息构建建议分布函数,在状态空间中似然概率较大的子空间中进行粒子采样.仿真结果表明,在采用大量粒子跟踪大目标时,提出的跟踪方法的计算复杂度明显低于直方图直接提取的粒子滤波方法,而且在...     

Vocal tract resonances tracking by auxiliary vector particle filters

An auxiliary vector particle filter was proposed to present the vocal tract resonances (VTRs) tracking.It uses particle filter based on a version of state-space model that describes the characteristics of speech signal.The speech model consists of a target-guided dynamic function and a non-linear prediction mapping from resonance frequencies and bandwidths to LPC cepstra(LPCC).There are two characteristics in the proposed method.First,particle filtering technique is put forth to solve the non-linear problem of speech model.Second,an auxiliary vector,embedded in the state function of speech model,is applied to incorporate the most current observations and to generate the proposal distribution of particle filter.The experimental results show that this method is able to track the VTRs of continuous speech utterance efficiently with a small number of particles and able to solve the problem of spurious peaks and merging peaks.     

矢量声纳高速运动目标稳健高分辨方位估计

针对水声矢量信号处理框架中的高速运动目标低信噪 比小快拍条件下的稳健高分辨方位估计问题, 将压缩感知技术应用于水声矢量信号空间谱估计模型中. 结合声矢量传感器结构特性, 探讨了基于声压振速联合处理的广义时域滤波方法; 结合矩阵空域预滤波理论, 设计了基于阻带约束通带均方误差最大值最小的空域滤波器, 研究了矢量声纳空域预滤波方法; 结合以上分析, 提出了基于压缩感知技术的时空联合滤波高分辨方位估计方法, 给出了方法的数学模型、物理解释及具体实施步骤.理论分析和计算机仿真试验表明, 新方法对于小快拍数 条件下的矢量声纳高速运动目标高分辨方位估计问题, 具有较低的双目标分辨门限和较高的估计精度, 有着良好的应用前景.湖上试验验证了方法的有效性. 关键词： 声矢量传感器 空间谱估计 时空滤波 压缩感知     

Variational Bayesian-Based Improved Maximum Mixture Correntropy Kalman Filter for Non-Gaussian Noise

The maximum correntropy Kalman filter (MCKF) is an effective algorithm that was proposed to solve the non-Gaussian filtering problem for linear systems. Compared with the original Kalman filter (KF), the MCKF is a sub-optimal filter with Gaussian correntropy objective function, which has been demonstrated to have excellent robustness to non-Gaussian noise. However, the performance of MCKF is affected by its kernel bandwidth parameter, and a constant kernel bandwidth may lead to severe accuracy degradation in non-stationary noises. In order to solve this problem, the mixture correntropy method is further explored in this work, and an improved maximum mixture correntropy KF (IMMCKF) is proposed. By derivation, the random variables that obey Beta-Bernoulli distribution are taken as intermediate parameters, and a new hierarchical Gaussian state-space model was established. Finally, the unknown mixing probability and state estimation vector at each moment are inferred via a variational Bayesian approach, which provides an effective solution to improve the applicability of MCKFs in non-stationary noises. Performance evaluations demonstrate that the proposed filter significantly improves the existing MCKFs in non-stationary noises.     

基于Stiefel流形的粒子滤波器研究

为了解决粒子滤波的粒子退化和粒子多样性丧失问题,提出了一种基于Stiefel流形的粒子滤波算法.该算法将系统模型置于Stiefel流形上,用朗之万分布描述过程转移概率分布,用矩阵正态分布表示似然函数分布,在流形分布上进行粒子采样.在计算加权粒子的均值时,将流形嵌入到欧氏空间中,先计算欧氏空间中的粒子均值,再将计算结果投影到嵌套流形上,这就排除了噪声统计特性对粒子权重方差的影响,得到了一种受系统状态模型限制较少的重要性概率密度函数通用选择方案.仿真时选取单变量非静态增长模型,仿真结果验证了该算法的实时性、鲁棒性,滤波精度和滤波效率均比无味粒子滤波算法更好.     

基于辅助粒子滤波算法的红外目标跟踪

针对红外目标在跟踪中计算复杂的问题,构建辅助粒子滤波算法。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,然后重新定义重要采样分布函数,防止重采样后粒子概率密度变化。两次加权计算,使粒子权值比仅用重采样的粒子权值变化更稳定,采样点最接近真实状态;同时不同权值粒子的概率阈值可作为粒子滤波是否完成的判断准则。在二维平面构造红外运动目标模型中,系统为零均值高斯白噪声。仿真数据表明:该算法在x,y方向的均方误差、画面处理时间、RM SE性能上优于粒子滤波算法和重采样粒子滤波算法。     

基于引导滤波的Mie散射光谱分析

为提高白光散射法反演粒子粒径精度,消除散射谱噪声,使用一维引导滤波对不同角度的Mie散射光谱数据进行滤波,并分析了引导滤波的特性。为解决引导数据引起的局部噪声问题,提出了小波-引导滤波联合算法。在小散射角时,引导滤波的结果与小波滤波类似,但在大散射角时,引导滤波的效果要比小波滤波好,并且滤除了脉冲噪声。小波-引导联合滤波的结果在15°附近与引导滤波相同,在45°到90°时的滤波效果明显比单独的小波滤波或引导滤波效果好,并且去除了由引导数据引起的局部噪声。     

混合退火粒子滤波器

针对非线性、非高斯系统状态的在线估计问题，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，用状态参数分解和退火系数来产生重要性概率密度函数，此概率密度函数综合考虑了转移先验、似然、噪声的统计特性以及最新的观察数据，因此更接近于系统状态的后验概率. 理论分析与仿真实验表明该粒子滤波器的性能明显优于标准的粒子滤波器和扩展卡尔曼滤波器. 关键词： 非线性 非高斯 粒子滤波 序贯重要性抽样     

Modified particle filter-based infrared pedestrian tracking

Tracking infrared pedestrian targets is a crucial part in video surveillance. Many factors make this problem decidedly non-linear and non-Gaussian, and the appropriate solution at present is based on the particle filter technique which is powerful and simple to implement. But in many cases, the traditional particle filter tracking algorithm fails to track the targets robustly and accurately. To solve these problems, a modified particle filter algorithm that combines intensity and edge cues is proposed. The algorithm firstly extracts the intensity cue and edge cue of the target based on the visual models which are originally learnt from the first frame and will be updated during the tracking process according to an automatic model updating strategy. Secondly, these two cues are combined into the particle filter framework by an adaptive integration scheme. Furthermore, its performance is evaluated with real-world infrared pedestrian sequences and extensive experimental results show that the presented method can track the infrared pedestrian more effectively and reliably than the traditional particle filter algorithm.     

强干扰环境下网络情报数据滤波通信系统设计

传统通信系统在强干扰环境下进行通信时,系统会出现性能下降甚至无法通信的问题。设计并实现了一种新的网络情报数据滤波通信系统,设计强干扰环境下网络情报数据滤波通信系统的整体结构;按照网络情报数据滤波通信系统的标准以及分析强干扰的特性,对瞬态电压抑制模块、瞬态保护模块、语音信号输入模块进行设计,采用电磁滤波去噪的方法对故障修复模块进行优化,实现网络情报数据滤波通信系统的设计。实验表明,改进的网络情报数据滤波通信系统较传统的通信系统具有较强的抗干扰能力,通信效果好等明显优势。     

中点箝位型逆变器在EAST低次谐波平台中的应用

针对EAST磁体电源等非线性负载产生低次谐波(75~125 Hz)难以治理的问题,提出注入式混合有源滤波的方案。基于EAST低次谐波实验平台,对注入式混合有源电力滤波装置的拓扑结构与滤波原理进行了研究; 同时采用一种降低直流侧中点电位波动的三电平空间电压矢量调制算法,并给出基本矢量作用时间的求取方法; 对该方案及算法进行了仿真与实验验证,仿真与实验结果具有很高的一致性,证明该方案能有效抑制EAST磁体电源运行中产生的低次谐波及其谐振放大。