基于核密度的动态初始化重置粒子滤波：1001-9081(2012)01-0295-04doi：10.3724/SP.J.1087.2012.00295摘要:针对粒子滤波过程中，长时间的重采样造成的粒子多样性枯竭，由此导致目标跟踪中出现的精度下降及跟踪轨迹大幅振荡的现象，通过对采样粒子分布规律的研究，根据粒子枯竭的程度设置重置门限，在滤波过程中实时地检测粒子枯竭参数，当粒子的枯竭超过设置门限时，采用重置初始化粒子的方法来缓解采样粒子的枯竭趋势，有效地增加了长时间大量重采样后粒子的多样性，避免了粒子所含信息过多的丢失，显著地提高了粒子滤波的精度，在二维目标跟踪模型中应用所提算法并进行仿真实验，仿真结果证明了算法的可行有效关键词：核密度；粒子滤波；采样粒子；机动目标跟踪；重采样：TP391.413；TP183文献标志码:AAbstract：Ithasbeenfoundthattheaccuracyofpfilteringismuchlowerwhenthemaneuveringtargettrackingprocesshasbeenexecutedforalongtime.Thereasonforthisproblemisthatthediversityofthesampledpsisrapidlylostbecauseoftheexcessiveresampling.Therefore,thetrackofthemaneuveringtargetestimatedbythepfilteringwillbewidelywigglyfromthetrueone.Throughtheresearchofthedistributionofthesampledps,anewalgorithmwasproposed.Andadetectedthresholdwassettodetectifthepwasdriedupbadly.Whenthepwasdriedupbadly,thepsofthestate-spacewouldberesettorelaxthedegree,sothenewpscouldcontainmoredistributioninformation.Thenewalgorithmhasahighcapabilityinthesimulationofthe2~Dmaneuveringtargettracking.Keywords：kerneldensity；pfiltering；sampledp；maneuveringtargettracking；resampling0引言在目标跟踪中，应用粒子滤波算法进行滤波跟踪时，当跟踪时间不是很长时，跟踪精度较高，但当跟踪时间较长时,出现跟踪轨迹在真实轨迹附近大幅振荡的现象，严重地影响了跟踪精度，给目标跟踪带来了不良的影响。通过对粒子滤波算法的研究发现，引起这种现象的原因是由于粒子滤波长时间大量重采样导致采样粒子的多样性枯竭，致使粒子所包含的信息大量丢失，进而造成滤波精度大幅下降。针对上述目标跟踪中所出现的现象，通过对采样粒子分布规律的研究，提出新型的动态初始化重置算法，设置粒子枯竭程度的重置门限，在滤波过程中实时地检测粒子枯竭统计量，当粒子的枯竭超过设置门限时，采用重置初始粒子的方式来解决粒子多样性枯竭问题，提高粒子滤波的跟踪精度。1粒子滤波1.1粒子滤波原理粒子滤波算法［1-3］以贝叶斯滤波为理论基础，运用蒙特卡洛方法，通过重要密度函数进行粒子采样来近似后验概率密度p(xk|zk),在最优估计理论的指导下，通过递推加权的方法来代替积分运算，并可在线计算状态向量的最优估计值。由于其非参数化的性质，使其从根本上摆脱了非线性滤波过程中系统、观测噪声必须为高斯分布的限制条件，因此其应用范围更加广泛。在k时刻的状态的后验概率密度分布可离散地加权为:p(xkzl：k)~ZNsi=lw(i)k6x(i)k(xk—x(i)k)(1)其中的权值通过重要采样法实现，粒子集(x(i)O：k,w(i)k}Nsi=l可由重要密度函数采样获得。若粒子集(x(i)O：k}Nsi=l可由重要密度函数q(xO：k|zl：k)得到，则权值为：w(i)k(x(i)0：k|zl：k)q(x(i)0：k|zl：k)(2)若重要密度能分解为：q(x0：kzl：k)=q(xkxO：k—1,zl：k)q(xO：k—11zl：k—1)(3)则通过由q(xk|xO：k—1,zl：k)得到的粒子{x(i)k}Nsi=l与由q(xO：k—11zl：k—1)得到的粒子集(x(i)O：k—l}Nsi=l可得到新的粒子集(x(i)0：k}Nsi=lo由于后验概率密度函数［4］可表示为：p(xO：kz1：k—1)=p(xO：k|zk,zO：k—1)二p(zkxO：k,zl：k—l)p(xO：kzl：k—l)p(zk|zl：k—1)二p(zkxO：k,zl：k—l)p(xkxO：k—1,zl：k—l)p(zk|zl：k—l)p(xO：k—11zl：k—1)=p(zkxk)p(xkxk—1)p(zkzl：k—1)p(xO：k—11zl：k—1)ocp(zk|xk)p(xk|xk—l)p(xO：k—11zl：k—1)(4)将式(3)、(4)代入式(2),即可得到重要性权值更新公式⑸：w⑴k°°p(zk|x(i)k)p(x(i)k|x(i)k—l)p(x(i)0：k—l|zl：k—l)q(x(i)k|x(i)O：k—l,zl：k)q(x(i)O：k—l|zl：k—l)=w(i)k—lp(zk...