专利名称：人工鱼群粒子滤波方法
技术领域：
本发明将人工鱼群智能算法和粒子滤波算法相结合，提出了一种人工鱼群粒子滤波方法，属非线性系统滤波领域。
背景技术：
近几年发展的粒子滤波突破了卡尔曼滤波理论，它对系统过程噪声和量测噪声没有限制。粒子滤波依据大数定理采用蒙特卡罗方法来求解贝叶斯估计中的积分运算，通过预测和更新来自于系统概率密度函数的采样集，来近似非线性系统的贝叶斯估计，在处理非线性、非高斯时变系统的参数估计和状态滤波问题方面有独到优势和广泛应用，粒子滤波是现代信号与信息处理学科和统计模拟理论之间的交叉学科，其研究有着重要的理论意义和现实价值。粒子滤波的精度可以逼近最优估计，是一种很有效的非线性滤波技术。随着计算机性能的迅速提高这一方法日益受到人们的关注，目前粒子滤波在定位、跟踪领域得到了广泛应用；其在无线通信中的应用包括盲均衡、盲检测、盲解卷、信号解调，等等；语音信号是一种典型的非高斯、非平稳信号，应用粒子滤波可以进行语音识别、增强、盲分离，等等； 粒子滤波还被应用于目标识别、系统辨识、参数估计、自动控制、故障检测、经济统计，等等。 可以说凡是需要用到非线性、非高斯递推贝叶斯估计的地方都可以应用粒子滤波，其应用领域极为广泛。但粒子滤波仍有许多亟待解决的问题，粒子退化是粒子滤波的主要缺点，它是指随着迭代次数的增加，粒子丧失多样性的现象。近年来，不少学者将模拟退火、遗传算法、模糊、粒子群优化算法、人工免疫算法等引入粒子滤波的重采样过程中，通过优化搜索保留那些能够反映系统概率密度函数的最好粒子，这些算法都能在一定程度上使粒子向高似然区域移动，从而改善了粒子分布，增加了粒子多样性，为解决粒子退化问题提供了新思路。人工鱼群算法是一种模拟鱼群在自然环境中的生态行为的随机搜索优化算法，其基本思想是在一片水域中，鱼生存的数目最多的地方一般就是本水域中富含营养最多的地方，依据这一特点来模仿鱼群的觅食等行为，从而实现全局寻优。人工鱼群算法包括鱼群的四种自适应行为觅食行为、聚群行为、追尾行为和随机行为。其中觅食行为描述了鱼群个体局部寻优，而聚群行为和追尾行为则是为了进一步跳出局部最优，达到全局最优.一般在局部极值不是很严重的情况下，可以只考虑觅食行为。鱼群算法将动物自治体的概念引入优化算法中，采用了自下而上的思路，应用了基于行为的人工智能方法，形成了一种新的解决问题的模式，因为是从分析鱼类的活动出发的，所以称为鱼群模式。该模式应用于寻优中，就形成了人工鱼群算法。人工鱼群算法具有较快的收敛、寻优速度，对于一些精度要求不高的场合，可以用它快速得到一个可行解；它不需要问题的严格机理模型，甚至不需要问题的精确描述，这使得它的应用范围得以延伸；算法具备并行处理和全局寻优的能力；算法只需要比较目标函数值，对目标函数的性质要求不高；算法对初值的要求不高，初值随机产生或设定为固定值均可以。人工鱼群的这些特点使得它十分适合于解决各种优化问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷提供一种人工鱼群粒子滤波方法。本发明一种人工鱼群粒子滤波方法，包括如下步骤Stepl 取得量测值其中4为最新量测值，总/fi为预测量测值，k表示时刻；乂印2 初始化在k = 0时刻，从重要性函数采样取N个粒子，抽样出的粒子用l/A^；}；；；〗表示，重 要性密度函数取转移先验
权利要求
1. 一种人工鱼群粒子滤波方法，其特征在于包括如下步骤 Stepl 取得量测值其中4为最新量测值，预测量测值，k表示时刻； St印2 初始化在k = 0时刻，从重要性函数采样取N个粒子，抽样出的粒子用表示，重要性密度函数取转移先验
2.根据权利要求1所述的人工鱼群粒子滤波方法，对于人工鱼当前状态X= (X1, X1,…，Xn)，探索的下一状态足=(<,x2v,-,x)，其表示如下x] = Xi + Visual -RandQ, i = Rand {η)x-=^z^\\~Y\step (求解极小问题) 或Step (求解极大问题)式中，Rand函数为产生0到1之间的随机数，Step为移动步长，Yv为Xv状态的目标函数值，Y为X状态的目标函数值。
全文摘要
本发明人工鱼群粒子滤波方法，将人工鱼群算法引入粒子滤波，其基本思路是在选取目标函数即量测函数和调整重要性权值时，引入人工鱼群算法的聚群行为和觅食行为，引导先验粒子不断向高似然域移动，从而改善粒子分布，增加粒子的多样性，提高算法的滤波精度。此外，在人工鱼群算法中，当寻优的域较大或处于变化平坦的区域时，一部分人工鱼将处于无目的的随机移动中，影响了寻优效率，本发明进一步提出了一种自适应步长方法对人工鱼视野选取的随机性进行改进，不仅减轻了算法的计算负担，而且保证了算法的收敛性。
文档编号G06N3/00GK102360451SQ201110308010
公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月11日 优先权日2011年10月11日
发明者刘维亭, 张冰, 朱志宇, 李冀, 李阳, 袁文华, 赵强, 魏海峰 申请人:江苏科技大学