粒子濾波算法與其應(yīng)用研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代系統(tǒng)的日漸復(fù)雜化與對(duì)非線性系統(tǒng)濾波精度要求的提高，傳統(tǒng)的非線性狀態(tài)估計(jì)算法已經(jīng)難以滿足一些應(yīng)用中的需求。粒子濾波作為一種全新的非線性濾波算法，選擇有限的加權(quán)粒子來逼近系統(tǒng)狀態(tài)的后驗(yàn)概率分布，若粒子數(shù)足夠大，理論上可以收斂于狀態(tài)最優(yōu)估計(jì)。粒子濾波不受系統(tǒng)模型與噪聲分布的約束，可以更好的滿足現(xiàn)實(shí)濾波任務(wù)要求，其在故障診斷、定位導(dǎo)航、通信生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理、參數(shù)估計(jì)和系統(tǒng)辨識(shí)等領(lǐng)域都有巨大的發(fā)展前景。
　　本文以粒子濾波算

2、法理論與其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方法為主要研究?jī)?nèi)容，針對(duì)常規(guī)粒子濾波的主要問題，提出了一些改進(jìn)算法，以提高粒子濾波的估計(jì)精度和魯棒性，并利用粒子濾波理論來解決移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位與地圖構(gòu)建問題，拓展其應(yīng)用范圍。論文主要研究成果如下：
　　1.針對(duì)粒子濾波粒子退化問題與粒子多樣匱乏問題，提出了一種基于類電磁機(jī)制優(yōu)化的粒子濾波算法。在重采樣過程中引入類電磁機(jī)制優(yōu)化思想，通過采樣粒子間權(quán)值較大的粒子吸引權(quán)值較小的粒子，驅(qū)動(dòng)粒子集向更優(yōu)的粒子靠近，緩解粒

3、子退化問題，同時(shí)權(quán)值較小的粒子排斥權(quán)值較大的粒子，使粒子集在移動(dòng)的時(shí)保證一定的距離維持了粒子多樣性。在不同模型中的仿真實(shí)驗(yàn)下，證明了改進(jìn)后的算法較常規(guī)粒子濾波有更好的估計(jì)性能與自適應(yīng)性。
　　2.利用粒子濾波理論來處理移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)定位與地圖構(gòu)建問題，提出一種基于改進(jìn)粒子濾波的FastSLAM2.0算法。首先采用UKF代替EKF遞歸估計(jì)機(jī)器人位姿后驗(yàn)建議分布，減少了模型線性化誤差，使采樣粒子更加接近真實(shí)狀態(tài)，然后在重采樣中引入類電

4、磁機(jī)制優(yōu)化思想，改善粒子分布，有效避免了FastSLAM2.0中粒子退化和粒子多樣性匱乏現(xiàn)象。由仿真對(duì)比實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所提算法的可行性及優(yōu)越性。
　　3.對(duì)多機(jī)器人同時(shí)定位與地圖構(gòu)建進(jìn)行深入研究，拓展粒子濾波的應(yīng)用范圍，提出一種基于粒子濾波的多機(jī)器人FastS LAM算法。在改進(jìn)的單機(jī)器人EM-FastS LAM基礎(chǔ)上，當(dāng)多個(gè)機(jī)器人觀測(cè)到共同的路標(biāo)時(shí)，采用卡爾曼一致性算法進(jìn)行路標(biāo)位置更新，融合各個(gè)機(jī)器人從不同方位對(duì)路標(biāo)的先驗(yàn)估計(jì)，修