Learning Flock: Enhancing Sets of Particles for Multi Substate Particle Filtering With Neural Augmentation

人工神经网络 计算机科学 颗粒过滤器 国家(计算机科学) 人工智能 粒子(生态学) 羊群 模式识别(心理学) 数学 算法 卡尔曼滤波器 医学 兽医学 海洋学 地质学
作者
Itai Nuri,Nir Shlezinger
出处
期刊:IEEE Transactions on Signal Processing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73: 99-112 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tsp.2024.3518695
摘要

A leading family of algorithms for state estimation in dynamic systems with multiple sub-states is based on particle filters (PFs). PFs often struggle when operating under complex or approximated modelling (necessitating many particles) with low latency requirements (limiting the number of particles), as is typically the case in multi target tracking (MTT). In this work, we introduce a deep neural network (DNN) augmentation for PFs termed learning flock (LF). LF learns to correct a particles-weights set, which we coin flock, based on the relationships between all sub-particles in the set itself, while disregarding the set acquisition procedure. Our proposed LF, which can be readily incorporated into different PFs flow, is designed to facilitate rapid operation by maintaining accuracy with a reduced number of particles. We introduce a dedicated training algorithm, allowing both supervised and unsupervised training, and yielding a module that supports a varying number of sub-states and particles without necessitating re-training. We experimentally show the improvements in performance, robustness, and latency of LF augmentation for radar multi-target tracking, as well its ability to mitigate the effect of a mismatched observation modelling. We also compare and illustrate the advantages of LF over a state-of-the-art DNN-aided PF, and demonstrate that LF enhances both classic PFs as well as DNN-based filters.
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