Particle filters (PFs), which are successful methods for approximating the solution of the filtering problem, can be divided into two types: weighted and unweighted PFs. It is well-known that weighted PFs suffer from the weight degeneracy and curse of dimensionality. To sidestep these issues, unweighted PFs have been gaining attention, though they have their own challenges. The existing literature on these types of PFs is based on distinct approaches. In order to establish a connection, we put forward a framework that unifies weighted and unweighted PFs in the continuous-time filtering problem. We show that the stochastic dynamics of a particle system described by a pair process, representing particles and their importance weights, should satisfy two necessary conditions in order for its distribution to match the solution of the Kushner-Stratonovich equation. In particular, we demonstrate that the bootstrap particle filter (BPF), which relies on importance sampling, and the feedback particle filter (FPF), which is an unweighted PF based on optimal control, arise as special cases from a broad class, and that there is a smooth transition between the two. The freedom in designing the PF dynamics opens up potential ways to address the existing issues in the aforementioned algorithms, namely weight degeneracy in the BPF and gain estimation in the FPF.


翻译:粒子过滤器(PFs)是接近过滤问题解决办法的成功方法,可以分为两类:加权和未加权的PFs。众所周知,加权的PFs受重量变异和维度诅咒的影响。为回避这些问题,未加权的PFs虽然自身也有挑战,但得到越来越多的注意。关于这些类型的PFs的现有文献以不同的方法为基础。为了建立联系,我们提出了一个框架,在连续时间过滤问题中统一加权和未加权的PFs。我们表明,由一对过程描述的粒子系统的随机动态,代表粒子及其重要性,应该满足两个必要条件,以便其分配符合库什纳-斯特通诺维奇方程式的解决方案。特别是,我们证明,以重要取样为依托的靴套式粒子过滤器和反馈粒子过滤器(FPFF),这是基于最佳控制的一种不加权的PFF,作为特殊案例,从广义的PFFFSFS(PF)中打开了分级和分级的分量,也就是从广义的分级中打开了分级的分法问题。

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