兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (5): 240549-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0549
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闫啸家1, 朱惠民1, 孙世岩1,*(), 石章松1, 姜尚2
收稿日期:
2024-07-04
上线日期:
2025-05-07
通讯作者:
基金资助:
YAN Xiaojia1, ZHU Huimin1, SUN Shiyan1,*(), SHI Zhangsong1, JIANG Shang2
Received:
2024-07-04
Online:
2025-05-07
摘要:
针对无人机光电平台受到严重非线性因素影响,从而导致目标定位精度显著降低的问题,提出一种基于改进变异萤火虫优化粒子滤波(Improved Mutant Firefly Algorithm-Particle Filter,IMFA-PF)算法,用于无人机对地面目标精确定位。首先,建立无人机光电平台目标观测的状态方程和测量方程;利用IMFA-PF算法对目标地理位置进行估计,通过引入多重变异策略和弹力机制来改变粒子之间的相互作用模式,解决由严重非线性因素以及过度优化导致的粒子退化问题;通过一维非线性不稳定仿真系统和实测飞行实验验证了该算法的有效性。实验结果表明,所提算法能够改善粒子分布受观测非线性的影响,有效解决粒子退化的问题,与已有算法相比具有更好的鲁棒性和定位精度。
中图分类号:
闫啸家, 朱惠民, 孙世岩, 石章松, 姜尚. 基于改进变异萤火虫优化粒子滤波的无人机目标定位[J]. 兵工学报, 2025, 46(5): 240549-.
YAN Xiaojia, ZHU Huimin, SUN Shiyan, SHI Zhangsong, JIANG Shang. An Improved Mutant Firefly Algorithm Optimized Particle Filter Algorithm for UAV Target Positioning[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(5): 240549-.
各滤波方法 | α | λ | fmin | fmax | εs | Ni | β0 | γ | rj | ρth | k | F |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
BAPF | 0.5 | 0.5 | 0 | 2 | ||||||||
SFA-PF | 0.5 | 10 | 1 | 0.01 | 1 | 0.6 | 1 | |||||
IMFA-PF | 0.1 | 10 | 0.6 | 1 | 0.5 |
表1 不同算法参数设置
Table 1 Parameter settings for different algorithms
各滤波方法 | α | λ | fmin | fmax | εs | Ni | β0 | γ | rj | ρth | k | F |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
BAPF | 0.5 | 0.5 | 0 | 2 | ||||||||
SFA-PF | 0.5 | 10 | 1 | 0.01 | 1 | 0.6 | 1 | |||||
IMFA-PF | 0.1 | 10 | 0.6 | 1 | 0.5 |
滤波算法 | RMSEmean/m | RMSEvar/m | Tmean/s | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
50 | 100 | 200 | 50 | 100 | 200 | 50 | 100 | 200 | |
PF | 4.1681 | 3.7164 | 3.5702 | 0.2642 | 0.3028 | 0.0935 | 0.0879 | 0.0936 | 0.1154 |
BA-PF | 2.9312 | 2.5331 | 2.4170 | 0.0906 | 0.0693 | 0.0742 | 0.1117 | 0.1421 | 0.2132 |
SFA-FA | 2.2711 | 2.1028 | 2.0057 | 0.0842 | 0.0730 | 0.0704 | 0.1313 | 0.1759 | 0.2698 |
IMFA-PF | 2.0693 | 1.9371 | 1.9022 | 0.0791 | 0.0734 | 0.0699 | 0.1549 | 0.2037 | 0.3214 |
表2 不同PF算法仿真结果比较
Table 2 Comparison of simulated results of different PF algorithms
滤波算法 | RMSEmean/m | RMSEvar/m | Tmean/s | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
50 | 100 | 200 | 50 | 100 | 200 | 50 | 100 | 200 | |
PF | 4.1681 | 3.7164 | 3.5702 | 0.2642 | 0.3028 | 0.0935 | 0.0879 | 0.0936 | 0.1154 |
BA-PF | 2.9312 | 2.5331 | 2.4170 | 0.0906 | 0.0693 | 0.0742 | 0.1117 | 0.1421 | 0.2132 |
SFA-FA | 2.2711 | 2.1028 | 2.0057 | 0.0842 | 0.0730 | 0.0704 | 0.1313 | 0.1759 | 0.2698 |
IMFA-PF | 2.0693 | 1.9371 | 1.9022 | 0.0791 | 0.0734 | 0.0699 | 0.1549 | 0.2037 | 0.3214 |
算法 | 性能指标 | 目标 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | ||
PF | 平均RMSE/m | 29.21 | 29.45 | 31.69 | 34.54 | 35.97 |
运算时间/s | 0.926 | |||||
BA-PF | 平均RMSE/m | 17.33 | 17.99 | 17.46 | 18.97 | 19.31 |
运算时间/s | 1.024 | |||||
SFA-FA | 平均RMSE/m | 14.20 | 15.63 | 15.44 | 17.69 | 18.14 |
运算时间/s | 1.309 | |||||
IMFA-PF | 平均RMSE/m | 10.82 | 10.69 | 11.34 | 12.46 | 12.90 |
运算时间/s | 1.554 |
表3 不同算法定位精度和运算时间
Table 3 Positioning accuracies and computation times of different algorithms
算法 | 性能指标 | 目标 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
T1 | T2 | T3 | T4 | T5 | ||
PF | 平均RMSE/m | 29.21 | 29.45 | 31.69 | 34.54 | 35.97 |
运算时间/s | 0.926 | |||||
BA-PF | 平均RMSE/m | 17.33 | 17.99 | 17.46 | 18.97 | 19.31 |
运算时间/s | 1.024 | |||||
SFA-FA | 平均RMSE/m | 14.20 | 15.63 | 15.44 | 17.69 | 18.14 |
运算时间/s | 1.309 | |||||
IMFA-PF | 平均RMSE/m | 10.82 | 10.69 | 11.34 | 12.46 | 12.90 |
运算时间/s | 1.554 |
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