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| 內容簡介： |
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本书主要介绍粒子滤波的基本原理及其在非线性系统中的应用。为方便读者快速掌握粒子滤波的精髓，本 书采用原理介绍+实例应用+MATLAB 程序仿真+中文注释相结合的方式，向读者介绍滤波的原理和实现过程。 本书共 9章，第 1章绪论，介绍粒子滤波的发展状况；第 2章简略地介绍 MATLAB 算法仿真编程基础，便于零 基础的读者学习后续章节介绍的原理；第3章介绍与粒子滤波相关的概率论基础；第4章介绍蒙特卡洛的基本原 理；第 5章介绍粒子滤波的基本原理；第 6章介绍粒子滤波的改进算法，主要是 EPF 算法和 UPF 算法。第 7章 和第 8章为粒子滤波在目标跟踪、电池参数估计中的应用；第 9章为 Simulink 环境下粒子滤波器的设计。
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| 關於作者： |
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黄小平，男，1984年6月生，江西省上饶县人，北京交通大学自动化本科，北京航空航天大学控制科学与工程硕士，博士就读于中国科学技术大学计算机应用专业，主要研究信号与信息处理。著有《卡尔曼滤波原理及应用——MATLAB仿真》、《粒子滤波原理及应用——MATLAB仿》。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1粒子滤波的发展历史1
1.2粒子滤波的现状及趋势2
1.3粒子滤波的特点2
1.4粒子滤波的应用领域3
1.5小结7
1.6参考文献7
第2章编程基础11
2.1MATLAB简介11
2.1.1MATLAB发展历史11
2.1.2MATLAB 7.10的系统简介12
2.1.3M-File编辑器的使用14
2.2数据类型和数组15
2.2.1数据类型概述16
2.2.2数组的创建17
2.2.3数组的属性18
2.2.4数组的操作19
2.2.5结构体和元胞数组22
2.3程序设计23
2.3.1条件语句24
2.3.2循环语句25
2.3.3函数26
2.3.4画图28
2.4常用的数学函数30
2.5编程基础实践33
2.6小结34
第3章概率论与数理统计基础35
3.1基本概念35
3.1.1随机现象35
3.1.2随机试验35
3.1.3样本空间36
3.1.4随机事件、随机变量36
3.2概率与频率37
3.2.1相关定义37
3.2.2大数定律38
3.2.3中心极限定律39
3.3条件概率39
3.3.1相关概念39
3.3.2全概率公式和贝叶斯公式40
3.4数字特征41
3.5几个重要的概率密度函数44
3.5.1均匀分布44
3.5.2指数分布47
3.5.3高斯分布47
3.5.4伽马分布49
3.6白噪声和有色噪声52
3.6.1白噪声和有色噪声的定义52
3.6.2白噪声和有色噪声的比较53
3.7小结59
第4章蒙特卡洛原理60
4.1蒙特卡洛概述60
4.1.1历史及发展60
4.1.2算法引例60
4.2蒙特卡洛方法61
4.2.1主要步骤61
4.2.2随机数的产生62
4.2.3Monte Carlo方法的收敛性63
4.2.4Monte Carlo的应用特征65
4.3模拟65
4.3.1物理模拟66
4.3.2计算机模拟67
4.4蒙特卡洛的应用76
4.4.1蒲丰针实验76
4.4.2定积分的计算78
4.5小结85
第5章粒子滤波原理86
5.1算法引例86
5.2系统建模87
5.2.1状态方程和过程噪声87
5.2.2观测方程和测量噪声88
5.3核心思想89
5.3.1均值思想89
5.3.2权重计算90
5.4优胜劣汰92
5.4.1随机重采样93
5.4.2多项式重采样96
5.4.3系统重采样98
5.4.4残差重采样101
5.5粒子滤波器103
5.5.1蒙特卡洛采样103
5.5.2贝叶斯重要性采样103
5.5.3SIS滤波器104
5.5.4BootstrapSIR滤波器105
5.5.5粒子滤波算法通用流程107
5.6粒子滤波仿真实例108
5.6.1一维系统建模108
5.6.2一维系统仿真108
5.6.3数据分析112
5.7小结118
5.8参考文献118
第6章改进粒子滤波算法119
6.1基本粒子滤波存在的问题119
6.2建议密度函数120
6.3EPF算法120
6.4UPF算法122
6.5PF、EPF、UPF综合仿真对比124
6.6小结137
6.7参考文献138
第7章粒子滤波在目标跟踪中的应用139
7.1目标跟踪过程描述139
7.2单站单目标跟踪系统建模140
7.3单站单目标观测距离的系统及仿真程序142
7.3.1基于距离的系统模型142
7.3.2基于距离的跟踪系统仿真程序143
7.4单站单目标纯方位角度观测系统及仿真程序149
7.4.1纯方位目标跟踪系统模型149
7.4.2纯方位跟踪系统仿真程序150
7.5多站单目标纯方位角度观测系统及仿真程序153
7.5.1多站纯方位目标跟踪系统模型153
7.5.2多站纯方位跟踪系统仿真程序155
7.6非高斯模型下粒子滤波跟踪仿真160
7.7小结166
第8章粒子滤波在电池寿命估计中的应用167
8.1电池寿命课题背景167
8.2电池寿命预测模型169
8.2.1以容量衰减为基础的储存寿命模型169
8.2.2以阻抗增加、功率衰退为基础的储存寿命模型171
8.2.3以阻抗增加、功率衰退为基础的循环寿命模型171
8.2.4以容量衰减为基础的循环寿命模型172
8.3基于粒子滤波的电池寿命预测仿真程序172
8.4小结179
8.5参考文献179
第9章Simulink仿真180
9.1Simulink概述180
9.1.1Simulink启动180
9.1.2Simulink仿真设置181
9.1.3Simulink模块库简介186
9.2S函数190
9.2.1S函数原理190
9.2.2S函数的控制流程193
9.3目标跟踪的Simulink仿真194
9.3.1状态方程和观测方程的Simulink建模194
9.3.2基于S函数的粒子滤波器设计及其在跟踪中的应用197
9.4小结204
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| 內容試閱：
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前 言
粒子滤波，又名贯序的蒙特卡洛方法。它不像卡尔曼滤波那样从提出到成名基本都是由数学家鲁道夫卡尔曼（Rudolf Emil Klmn，1930.52016.7）主导的，粒子滤波则是由一群又一群的学者推动并发展壮大的。1996年，Del Moral在《非线性滤波：相互作用粒子解》一文中提出粒子滤波这一术语；刘军（北大数学系本科毕业，统计学领域的大牛，年仅35岁便成为哈弗大学终身正教授）在1998年提出贯序的蒙特卡洛方法；2000年，俄勒冈研究生院的鲁道夫范德莫维（Rudolph van der Merwe）、剑桥大学的阿尔诺（Arnaud Doucet）、加州大学伯克利分校的南多弗雷塔斯（Nando de Freitas）等提出无迹粒子滤波。粒子滤波是一个很新的算法并深受国内外研究者追捧。
本书主要介绍粒子滤波的基本原理及其在非线性系统中的应用。粒子滤波是基于概率统计的，因此在介绍粒子滤波之前重点介绍了蒙特卡洛原理，在深入了解蒙特卡洛的统计学原理之后，读者可以较轻松地理解粒子滤波的原理和方法。粒子滤波是近年来发展比较迅速的滤波算法，它在处理噪声方面有着任何滤波器都无法比拟的优点，即任何线性或非线性的系统模型、高斯或非高斯的噪声模型，粒子滤波都能有效地应用和处理。
本书主要由两部分构成：粒子滤波的原理和粒子滤波在非线性系统中的应用。在介绍原理的同时也给出了算法的程序代码，方便读者对照公式理解程序，同时也能从程序代码和注释中反过来理解算法原理。因此，它是粒子滤波方面的研究者快速上手并进入相关研究领域的快捷工具。对于有一定基础的研究者，可以在本书提供代码的基础上，做算法的进一步改进和优化。
与任何滤波器一样，粒子滤波最主要的用途在于处理噪声，降低噪声带来的干扰。所有传感器测量的数据都是受到噪声污染的，噪声不能消除，只能最大限度地降低。例如，在目标跟踪中，传感器一般都采集观测站与目标之间的距离、角度等信息，这些信息往往会受到高斯噪声或非高斯噪声的干扰，导致观测站不能准确地估计目标的状态。常用的补偿措施就是滤波。
在现代时间序列里，常用的滤波算法有最小二乘估计、卡尔曼滤波、粒子滤波等。这些经典的算法已经广泛应用在雷达、声呐、无线传感器网络等领域中。本书主要结合实际中的应用，如单观测站、多观测站情况下，对目标进行状态估计研究，希望对相关领域的研究者有所帮助。
写作本书其实是很偶然的，这要从我研究生毕业那一刻说起。毕业之初在MATLAB中文论坛上发表过几篇关于卡尔曼滤波和粒子滤波的帖子，后来很多人找我，向我发邮件求助。再后来工作逐渐繁忙，我没有时间一一回复大家，于是萌生了写一本教程的想法，让大家看教程多省事啊。于是，我将自己在研究生阶段如何在黑暗中摸索的痛苦经历和学习内容，用通俗易懂的学生语言写出来。在写教程的过程中，感觉越写内容越多，无奈只好整理成两本，将卡尔曼滤波和粒子滤波分开了。目前《卡尔曼滤波原理及应用》已经于2015年7月在电子工业出版社出版，作为一本学术性强的科研参考书销量已经突破8500册，这算是一个小成功了。本书是前一本书的姊妹篇，写作风格也沿袭了上一本书，期望能得到广大读者的认同。
本书能得以撰写，在很大程度上要感谢我的导师王岩老师，她给了我一个很好的研究课题，并给了我学术上的指导，让我少走了很多弯路。本书的编写中，在核心原理推导、章节内容的编排等方面都得到了王老师的参与及支持，再次表示特别的谢意！参与本书编辑和撰写工作的还有缪鹏程、聂金平、闫芬菲、陈冰洁、田龙飞、李超、王夏静、杨刚、钱琛、罗伟、许蓓蓓、汪本干、陈冬杰、丁成祥和杨振新。本书的编辑和勘误，得到了北航同课题组的实验室学弟学妹的帮助，还得到了广大网友的支持和鼓励。最后感谢我的妻子许蓓蓓的理解和支持，感谢可爱女儿黄悦昕给我写作的精神动力！
希望本书对相关领域的研究者有所帮助。由于作者水平有限，其中难免有疏忽及错误之处，恳请读者提出宝贵意见。我的邮箱是xiaoping_444@126.com。
黄小平
2017年2月写于上饶
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