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量测不确定性条件下的箱粒子滤波目标跟踪方法 被引量:1
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作者 王宁 段睿 周笑仪 《电子与信息学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3654-3661,共8页
在复杂水下环境中,主动声呐的量测值在距离和方位分辨率上存在较大的不确定性,即一个目标回波的能量可能覆盖声呐距离-方位能量谱的多个相邻位置网格。并且,当环境中混响较强时,上述量测不确定性将引起多个区域性的杂波干扰。为了减小... 在复杂水下环境中,主动声呐的量测值在距离和方位分辨率上存在较大的不确定性,即一个目标回波的能量可能覆盖声呐距离-方位能量谱的多个相邻位置网格。并且,当环境中混响较强时,上述量测不确定性将引起多个区域性的杂波干扰。为了减小状态空间估计的偏差,基于粒子滤波(PF)的跟踪方法需要大量粒子来近似后验概率密度,跟踪的实时性急剧降低。针对上述问题,该文提出一种基于区间量测的箱粒子滤波跟踪方法(IBPF),对主动声呐量测值进行区间表示,即用一个表示距离和方位区间的箱粒子代替点值量测,用区间表示这种量测不确定性,在提高状态估计稳定性的同时,极大程度地减少了后验概率密度估计所需的粒子数,从而进一步提高计算效率。实验结果表明,所提IBPF与PF相比,能以更高的计算效率获得更优的跟踪性能,对目标的跟踪时间缩短了18.06%,跟踪成功帧数增加了4.29%。 展开更多
关键词 水下目标跟踪 主动声呐 箱粒子滤波 量测不确定
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区间量测下自适应交互多模型箱粒子滤波机动目标跟踪
2
作者 张俊根 《电讯技术》 北大核心 2024年第4期591-597,共7页
针对现有交互多模型箱粒子滤波(Interacting Multiple Model Box Particle Filter,IMMBPF)算法在区间量测目标跟踪过程中模型切换和跟踪精度方面的不足,结合自适应交互多模型算法,提出了一种自适应交互多模型箱粒子滤波(Adaptive IMMBPF... 针对现有交互多模型箱粒子滤波(Interacting Multiple Model Box Particle Filter,IMMBPF)算法在区间量测目标跟踪过程中模型切换和跟踪精度方面的不足,结合自适应交互多模型算法,提出了一种自适应交互多模型箱粒子滤波(Adaptive IMMBPF,AIMMBPF)算法。该算法利用模型似然后验信息构建修正因子,并结合阈值对马尔可夫转移概率矩阵进行自适应修正,使得匹配模型的概率快速增大,并且可以减小非匹配模型的影响,即使在目标运动模型先验信息不足或者不准确情况下,也能对模型转移概率进行自适应更新。对于量测常受到未知分布和偏差的区间误差所影响而呈现区间形式的问题,将箱粒子代替普通粒子,拟合后验概率密度从而进行滤波。仿真结果表明,相比于原有算法,该算法在区间量测机动目标跟踪的应用中,拥有更优的模型匹配度和目标跟踪精度。 展开更多
关键词 机动目标跟踪 箱粒子滤波 自适应交互多模型 区间量测 转移概率矩阵
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箱粒子滤波理论综述 被引量:4
3
作者 于洁 刘昌云 李志汇 《电光与控制》 北大核心 2015年第11期56-60,共5页
介绍了一种基于蒙特卡罗方法和区间分析相结合的处理非线性动态随机系统的估计方法——箱粒子滤波算法。在递推贝叶斯估计理论框架下,分析了箱粒子滤波理论的核心思想和基本原理;研究了箱粒子滤波的性能特点,并对箱粒子滤波理论的应用... 介绍了一种基于蒙特卡罗方法和区间分析相结合的处理非线性动态随机系统的估计方法——箱粒子滤波算法。在递推贝叶斯估计理论框架下,分析了箱粒子滤波理论的核心思想和基本原理;研究了箱粒子滤波的性能特点,并对箱粒子滤波理论的应用进行了简单的介绍;最后,对箱粒子滤波算法进行展望,指出未来的发展方向。 展开更多
关键词 箱粒子滤波 蒙特卡罗方法 区间分析 贝叶斯估计
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基于箱粒子滤波的再入弹道目标跟踪
4
作者 倪鹏 刘进忙 +1 位作者 刘昌云 李振兴 《现代防御技术》 北大核心 2016年第4期72-80,100,共10页
弹道目标在再入段运动方式的不确定性和复杂性导致了跟踪问题呈现非线性、不精确性。为此,引入一种"广义粒子滤波"算法——箱粒子滤波算法对再入段的弹道目标进行跟踪。该算法有别于传统点量测和误差统计模型,采用基于区间分... 弹道目标在再入段运动方式的不确定性和复杂性导致了跟踪问题呈现非线性、不精确性。为此,引入一种"广义粒子滤波"算法——箱粒子滤波算法对再入段的弹道目标进行跟踪。该算法有别于传统点量测和误差统计模型,采用基于区间分析的箱粒子来处理这类不精确性,更加符合实际系统的工作情况,且克服了粒子滤波因需大量粒子拟合带来的实时性差的问题。仿真实验将新算法与粒子滤波算法和无迹卡尔曼滤波算法进行了对比。仿真结果表明,在确保了跟踪精度的前提下,新算法计算效率更高,是个很有效的跟踪再入目标的非线性滤波算法。 展开更多
关键词 目标跟踪 箱粒子滤波 再入弹道 区间量测 粒子滤波 区间分析
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量化量测条件下的交互多模型箱粒子滤波 被引量:8
5
作者 赵雪刚 宋骊平 姬红兵 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期37-44,共8页
在分布式多传感器网络中,为了节省通信带宽,需要将传感器得到的点量测量化成区间量测,而传统的滤波算法均不能直接处理这种量化量测.箱粒子滤波作为一种"广义粒子滤波"算法,用箱粒子和误差界限模型来取代传统的点粒子和误差... 在分布式多传感器网络中,为了节省通信带宽,需要将传感器得到的点量测量化成区间量测,而传统的滤波算法均不能直接处理这种量化量测.箱粒子滤波作为一种"广义粒子滤波"算法,用箱粒子和误差界限模型来取代传统的点粒子和误差统计模型,是新近出现的处理区间量测的有力工具.相比粒子滤波,箱粒子滤波还具有所需粒子数少、算法复杂度低、运行速度快等优点.因此,为了处理量化量测条件下的机动目标跟踪问题,提出了交互多模型箱粒子滤波算法.仿真对比实验表明:在量化量测条件下,交互多模型箱粒子滤波算法和交互多模型粒子滤波算法都能够准确地估计机动目标状态,但交互多模型箱粒子滤波所需粒子数更少、计算效率更高. 展开更多
关键词 交互多模型 粒子滤波 箱粒子滤波 量化量测
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基于智能优化箱粒子滤波的移动机器人FastSLAM 被引量:9
6
作者 罗景文 秦世引 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期53-66,共14页
针对传统FastSLAM算法需要大量粒子构建地图导致计算复杂度高、难以提高估计精度等问题,研究构建了一种基于智能优化箱粒子滤波(IOBPF)的移动机器人FastSLAM算法。首先,将萤火虫算法(FA)的动态寻优机制引入箱粒子滤波(BPF),建立了箱粒... 针对传统FastSLAM算法需要大量粒子构建地图导致计算复杂度高、难以提高估计精度等问题,研究构建了一种基于智能优化箱粒子滤波(IOBPF)的移动机器人FastSLAM算法。首先,将萤火虫算法(FA)的动态寻优机制引入箱粒子滤波(BPF),建立了箱粒子的荧光亮度更新公式、吸引度计算公式和位置更新公式,使箱粒子集智能化地向高似然区域移动,避免了箱粒子的退化现象。然后,以改进的智能优化箱粒子滤波进行机器人位姿估计,并采用扩展区间卡尔曼滤波(EIKF)完成地图的构建和更新。移动机器人的模型仿真和实体实验结果表明:所提智能化FastSLAM算法可有效提升箱粒子的性能,并降低地图构建所需粒子数,从而显著提高FastSLAM的定位精度和地图构建的鲁棒性。 展开更多
关键词 同步定位与地图构建 移动机器人 箱粒子滤波(BPF) 萤火虫算法(FA) 扩展区间卡尔曼滤波(EIKF)
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多源传感器箱粒子LMB滤波算法
7
作者 张永权 李志彬 +1 位作者 张文博 苏镇镇 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期51-66,共16页
随着复杂跟踪场景的大量涌现,常规多源传感器多目标跟踪算法存在计算量大、跟踪精度低、无法估计目标航迹等不足,已无法满足现代战争的需求。笔者以主动传感器和被动传感器组成的多源传感器系统为背景,重点研究多源传感器多目标跟踪问... 随着复杂跟踪场景的大量涌现,常规多源传感器多目标跟踪算法存在计算量大、跟踪精度低、无法估计目标航迹等不足,已无法满足现代战争的需求。笔者以主动传感器和被动传感器组成的多源传感器系统为背景,重点研究多源传感器多目标跟踪问题的实现算法。针对“多主动+多被动”多源传感器系统量测无法充分融合且整体算法计算复杂度较高的问题,提出一种多源传感器箱粒子标签多伯努利(MS-BPF-LMB)滤波算法。首先,对传感器依据不同主动传感器进行分组,即将所有传感器划分为若干“单主动+多被动”传感器组;然后,通过并行运算,对各传感器组运用基于角度关联的多传感器信息融合算法,得到跟踪所需的有效量测;最后,在跟踪滤波阶段,通过引入箱粒子滤波数值计算方法,将获取的量测点划分为若干箱粒子,并对箱粒子滤波下的多传感器量测更新系数进行重新定义,以较低的计算复杂度实现LMB(Labeled multi-Bernoulli,LMB)滤波。仿真结果表明,所提算法在保证跟踪精度的前提下,误差明显降低且算法复杂度下降约40%,能够有效处理异构数据多源信息融合问题。 展开更多
关键词 目标跟踪 传感器数据融合 信息融合 箱粒子滤波 标签多伯努利滤波
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多传感器箱粒子PHD滤波多目标跟踪算法 被引量:5
8
作者 蔡如华 杨标 吴孙勇 《红外技术》 CSCD 北大核心 2020年第4期385-392,共8页
针对目标检测概率较低导致单个传感器无法对目标进行有效检测并跟踪的问题,本文提出了多传感器箱粒子概率假设密度(multi-sensor box particle probability hypothesis density filter,MS-BOX-PHD)滤波器。MS-BOX-PHD滤波器首先将多个... 针对目标检测概率较低导致单个传感器无法对目标进行有效检测并跟踪的问题,本文提出了多传感器箱粒子概率假设密度(multi-sensor box particle probability hypothesis density filter,MS-BOX-PHD)滤波器。MS-BOX-PHD滤波器首先将多个传感器的量测转换、融合成为一个量测集合,并利用箱粒子概率假设密度(box particle probability hypothesis density filter,BOX-PHD)滤波器对多个目标的状态进行预测和更新。数值实验表明,相较于单传感器箱粒子概率假设密度(Single-BOX-PHD)滤波器,MS-BOX-PHD滤波器在目标检测概率较低时,能够有效地对多目标的状态和数目进行估计;相较于区间量测下多传感器标准PHD粒子(multi-sensor standard probability hypothesis density particle filter with interval measurement,IM-PHD-PF)滤波器,在达到相同的跟踪性能时,计算效率提升了38.57%。 展开更多
关键词 多传感器 箱粒子滤波 概率假设密度滤波 区间量测
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基于箱粒子的ET-CBMeMBer滤波算法 被引量:4
9
作者 刘艳君 刘祖鹏 《电光与控制》 北大核心 2017年第8期56-60,共5页
为解决扩展目标跟踪算法量测不精确的问题,提出一种基于箱粒子滤波的ET-CBMeMBer滤波算法。该算法基于随机集理论,首先将扩展目标的状态集和观测集随机化,然后基于区间分析技术,推导了适用于区间量测的多扩展目标伪似然函数和势平衡多... 为解决扩展目标跟踪算法量测不精确的问题,提出一种基于箱粒子滤波的ET-CBMeMBer滤波算法。该算法基于随机集理论,首先将扩展目标的状态集和观测集随机化,然后基于区间分析技术,推导了适用于区间量测的多扩展目标伪似然函数和势平衡多伯努利多扩展目标状态更新方程,并提出了适用于区间量测的模糊ART区间量测集划分方法,继而在量测集划分的基础上对目标进行持续稳定的跟踪。最后进行了仿真实验,结果表明了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 目标跟踪算法 扩展目标 区间量测 CBMeMBer滤波 箱粒子滤波
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箱粒子广义标签多伯努利滤波的目标跟踪算法 被引量:9
10
作者 苗雨 宋骊平 姬红兵 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期107-112,共6页
针对序列蒙特卡罗广义标签多伯努利滤波(SMC-GLMB)算法计算效率低、实时性差的问题,提出了箱粒子广义标签多伯努利滤波的目标跟踪(Box-GLMB)算法。该算法使用带标签的随机有限集描述多目标的状态,包括目标的位置和速度,并且对每个目标... 针对序列蒙特卡罗广义标签多伯努利滤波(SMC-GLMB)算法计算效率低、实时性差的问题,提出了箱粒子广义标签多伯努利滤波的目标跟踪(Box-GLMB)算法。该算法使用带标签的随机有限集描述多目标的状态,包括目标的位置和速度,并且对每个目标用互不相同的标签进行区分;然后利用箱粒子滤波算法近似单目标状态的概率密度,即用一组带权值的均匀分布拟合单目标状态概率密度;最后通过广义标签多伯努利滤波对多目标状态的概率密度进行预测与更新,从多目标状态后验概率密度中估计单目标的位置与速度,根据目标的标签可以实现航迹跟踪。BoxGLMB算法结合了箱粒子滤波与GLMB算法的优势,能够跟踪目标航迹,同时提高计算效率。仿真结果表明,Box-GLMB算法可以有效估计目标状态以及跟踪目标航迹,相比于SMC-GLMB算法,计算效率提升了62%。 展开更多
关键词 目标跟踪 随机有限集 广义标签多伯努利滤波 箱粒子滤波
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弱目标箱粒子标签多伯努利多目标检测与跟踪算法 被引量:6
11
作者 蔡如华 杨标 +2 位作者 吴孙勇 李瞳 孙希延 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期234-244,253,共12页
针对红外弱目标跟踪问题,提出箱粒子标签多伯努利多目标检测与跟踪(Box Particle Labeled Multi-Bernoulli Detection And Tracking,BOX-LMB-DT)算法,该算法首先通过使用均值滤波对获得的灰度图像进行降噪处理;其次,通过将所有像素处依... 针对红外弱目标跟踪问题,提出箱粒子标签多伯努利多目标检测与跟踪(Box Particle Labeled Multi-Bernoulli Detection And Tracking,BOX-LMB-DT)算法,该算法首先通过使用均值滤波对获得的灰度图像进行降噪处理;其次,通过将所有像素处依强度大小进行排序,选出强度较大的区域作为当前时刻的区间量测;最后利用箱粒子标签多伯努利滤波(Box-Labeled Multi-Bernoulli Filter,Box-LMB)器对目标进行跟踪.仿真结果表明,所提箱粒子标签多伯努利多目标检测与跟踪算法能够对多目标的航迹和状态进行稳定有效的跟踪,且在相同条件下,相较于区间量测下的LMB粒子滤波,达到相同的跟踪性能时BOX-LMB滤波运算效率提升了22. 59%. 展开更多
关键词 多目标跟踪 红外图像量测 箱粒子滤波 标签多伯努利滤波 均值滤波
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交互式箱粒子标签多伯努利机动目标跟踪算法 被引量:3
12
作者 蔡如华 杨标 +1 位作者 吴孙勇 孙希延 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第11期2448-2460,共13页
针对多机动目标追踪问题,将交互式多模型(Interacting multiple model,IMM)思想与箱粒子标签多伯努利滤波器(Box-labeled multi-bernoulli filter,Box-LMB)相结合,提出交互式箱粒子标签多伯努利滤波器(IMM-Box-LMB)算法.该算法首先通过... 针对多机动目标追踪问题,将交互式多模型(Interacting multiple model,IMM)思想与箱粒子标签多伯努利滤波器(Box-labeled multi-bernoulli filter,Box-LMB)相结合,提出交互式箱粒子标签多伯努利滤波器(IMM-Box-LMB)算法.该算法首先通过扩展多目标状态,引入模型匹配概率变量,并利用量测信息在预测阶段更新模型匹配概率,进而使用交互式多模型算法对每个箱粒子状态进行混合估计.其次,在更新阶段提出二次收缩算法,通过二次收缩算法使更新后的箱粒子具有更大的区间和存活概率,也更加接近真实目标位置,从而达到提升后续时刻箱粒子多样性的目的.仿真结果表明,二次收缩算法能够有效地提升箱粒子的多样性.将二次收缩算法应用于IMM-Box-LMB算法,能够在不同信噪比下稳定准确地估计机动目标的个数.相同条件下,与匀速直线运动(Constant velocity,CV)模型下的Box-LMB算法相比,IMM-Box-LMB算法能够对多机动目标的数目以及状态进行更加有效的估计. 展开更多
关键词 多机动目标追踪 交互式多模 标签多伯努利滤波 箱粒子滤波 收缩算法
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标签箱粒子概率假设密度群目标跟踪算法 被引量:7
13
作者 程轩 宋骊平 +1 位作者 姬红兵 邹志彬 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期1677-1685,共9页
针对现有的箱粒子概率假设密度(probability hypothesis density,PHD)群目标跟踪算法计算量大、在群数目较多时状态提取不稳定以及无法获得群的航迹等问题,提出标签箱粒子PHD群目标跟踪算法。该算法首先对量测进行预处理,剔除其中的杂... 针对现有的箱粒子概率假设密度(probability hypothesis density,PHD)群目标跟踪算法计算量大、在群数目较多时状态提取不稳定以及无法获得群的航迹等问题,提出标签箱粒子PHD群目标跟踪算法。该算法首先对量测进行预处理,剔除其中的杂波量测,以降低量测更新的计算量。然后,通过为箱粒子添加标签,区分不同的群目标,获得不同群的航迹。最后,依据不同标签提取群目标的状态,有效避免k-means聚类不稳定带来的影响。仿真实验表明,所提算法具有运算量小,在漏检环境下仍能很好地维持不同群的航迹,并在群数目较多时可准确提取群目标状态等优点。 展开更多
关键词 群目标跟踪 概率假设密度滤波 箱粒子滤波 标签 航迹
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基于演化网络模型的箱粒子CPHD群目标跟踪 被引量:5
14
作者 程轩 宋骊平 姬红兵 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第5期961-967,共7页
提出一种基于演化网络模型和区间分析的群目标势概率假设密度(cardinalized probability hypothesis density,CPHD)滤波算法。针对传统的粒子CPHD群目标跟踪算法中粒子数多、运算量大的问题,采用箱粒子实现CPHD滤波器,减少了粒子数,降... 提出一种基于演化网络模型和区间分析的群目标势概率假设密度(cardinalized probability hypothesis density,CPHD)滤波算法。针对传统的粒子CPHD群目标跟踪算法中粒子数多、运算量大的问题,采用箱粒子实现CPHD滤波器,减少了粒子数,降低了运算量。算法通过对群目标状态采用CPHD滤波进行预测更新,并使用所获得的群信息修正群内目标的状态,进而实现对群质心的跟踪和群目标的势估计。仿真对比实验表明,所提算法在达到与传统算法相似估计性能的条件下,大幅降低了算法的运算量,同时在强杂波环境下也具有更为突出的优势。 展开更多
关键词 群目标跟踪 箱粒子滤波 区间分析 演化网络模型 势概率假设密度滤波
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基于核Fisher判别的群结构更新模型及群目标跟踪算法 被引量:3
15
作者 刘浩楠 宋骊平 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第10期3012-3019,共8页
传统的群结构模型(如群演化网络模型)通过比较两个目标间的马氏距离与根据先验知识所设阈值的大小来对群的分裂合并进行判断,跟踪效果依赖于设定的阈值,难以应对群目标跟踪中的各种复杂情况。本文将分群的问题看作一个二分类问题,提出... 传统的群结构模型(如群演化网络模型)通过比较两个目标间的马氏距离与根据先验知识所设阈值的大小来对群的分裂合并进行判断,跟踪效果依赖于设定的阈值,难以应对群目标跟踪中的各种复杂情况。本文将分群的问题看作一个二分类问题,提出了一种基于核Fisher判别分析的群结构更新模型,通过离线训练得到符合群分裂和群合并特性的群结构更新模型,将其直接用于群结构更新。结合箱粒子概率假设密度滤波算法的群目标跟踪仿真实验表明,对比群演化网络模型,本文提出的群结构更新模型对群结构的估计更加准确,其在数目估计方面更稳定,对群目标的跟踪效果更好。 展开更多
关键词 群演化网络模型 核FISHER判别 群目标跟踪 箱粒子滤波
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基于IMMBPF的纯方位区间量测机动目标跟踪 被引量:3
16
作者 张俊根 《控制工程》 CSCD 北大核心 2022年第12期2277-2283,2299,共8页
针对纯方位区间量测下机动目标跟踪问题,提出了一种交互式多模型箱粒子滤波(IMMBPF)算法。该算法通过交互式多模型算法估计每个箱粒子的状态,利用多传感器交叉定位构建用于非线性测角区间分析的包含函数。在滤波更新阶段,引入二次压缩算... 针对纯方位区间量测下机动目标跟踪问题,提出了一种交互式多模型箱粒子滤波(IMMBPF)算法。该算法通过交互式多模型算法估计每个箱粒子的状态,利用多传感器交叉定位构建用于非线性测角区间分析的包含函数。在滤波更新阶段,引入二次压缩算法,使得更新的箱粒子具有更大的新息区间和存活概率,从而达到提高箱粒子多样性和目标状态估计性能的目的。利用等效浮点运算测度,从理论上推导分析了算法的复杂度。通过仿真实验对比了IMMBPF、交互式多模型粒子滤波(IMMPF)和匀速运动模型箱粒子滤波(CV-BPF)三种算法的目标跟踪性能,仿真结果证明了所提算法的有效性。 展开更多
关键词 箱粒子滤波 交互式多模型 纯方位区间量测 机动目标跟踪
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