一种改进的粒子滤波重采样算法研究_金玉柱.pdf

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1、2011年4月电子测试Apr.2011第4期ELECTRONICTESTNo.4一种改进的粒子滤波重采样算法研究金玉柱，李善姬（延边大学工学院，吉林延吉133002）摘要：粒子滤波是基于递推的蒙特卡罗模拟方法的总称，可用于任意非线性，非高斯随机系统的状态估计。为了减轻退化现象，引入重采样过程，但重采样过程算法复杂，计算量大，不利于硬件实现，并且会削弱粒子的多样性，从而导致滤波性能下降。提出了一种将局部重采样和优化组合算法结合的重采样算法。将粒子按权值大小分类，小权值的粒子抛弃，大权值的粒子进行复制，将复制的粒子

2、和抛弃的粒子线性组合产生新的粒子，增加了粒子多样性并且只对大权值粒子进行运算，故降低了计算量利于实时系统的硬件实现。仿真结果证明了该算法的有效性。关键字：粒子滤波;局部重采样;优化组合中图分类号：TP391文献标识码：AResearchofimprovedparticlefilterresamplingalgorithmJinYuzhu,LiShanji(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)Abstract:Particlefilte

3、ringisasequentialMonteCarlosimulationalgorithm.Itcanbeusedtoestimatethestateofanynonlinear,non-Gaussiansystem.Inordertoreducethedegeneracy,theresamplingalgorithmisadopted.Buttheresamplingprocesshascomplexalgorithmarchitecture,whichhaverestricteditsimplementa

4、tioninreal-timesystem.Resamplingprocessalsoleadstothelossofdiversityofparticles,andthelossmakesfilter’sperformanceworse.Anewalgorithm-partialresamplingcombinedwithoptimizingcombinationresamplingmethodisproposed.Assorttheparticlesbytheirweights,theparticleswh

5、ichhavelowweightsareabandonedandtheparticleswhichhavehighweightsarereproduced,andgeneratenewparticlesbycombiningthereproducedparticlesandabandonedparticles.Thisnewmethodpartlyovercomesthelossofdiversityandbecauseitsimplyoperatestothehighweightsparticlesoitsc

6、alculationissimplified.Anditispropitioustoimplementbyhardware.Thesimulationresultsprovetheeffectivenessoftheproposedmethod.Keywords:particlefiltering;partialresampling;optimizingcombination0引言断等领域。所谓粒子滤波就是贝叶斯估计基于抽样理论的一种近似算法，通过非参数化的蒙特卡罗模拟方法来实现粒子滤波器，又称序贯蒙特卡罗方法

7、。可以有效地处递推贝叶斯滤波，即通过一组动态状态空间上按贝叶斯准理非线性、非高斯滤波问题，广泛地应用在机动目标跟踪、则进行更新的随机加权的样本或粒子，对未知状态的后验信号传输与压缩、金融领域数据分析、图像处理、故障诊概率密度进行估计，其中这些粒子通过对后验密度序贯重91TestTools&Solution2011.4要抽样得到，并分别对应于一组权值。以样本均值代替积问题就是许多粒子的权值会变得非常小，而少数粒子的权分运算，当样本容量很大时，这种蒙特卡罗描述就等价于值变得较大。为了解决这个问题引入重采样步骤，通过

8、一[1]真实的后验概率密度函数。个有效地采样尺度Neff为：1基本的PF算法中最重要的3个步骤是：重要性采N=effN2样、权值更新以及重采样。重要性采样步骤就是选取重要∑()wik性函数，通常选择k时刻的后验概率密度函数时为最优估i=1，（2）当Neff下降到一个门限值Nr时就对粒子进行重采样，计，但是最优估计很难实现，一般取后验概率密度的近似把那些权值小的粒子删除，复制那些权值较大