Intern ati o n a l Jo urn a o f  R o botics   a nd Au tom a tion   (I JR A)   Vol.  3, No. 4, Decem ber  2014, pp. 245~ 251  I S SN : 208 9-4 8 5 6           2 45     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJRA  Res e arch and ap plicati o n on f r act i onal- o rder Darwinian P S based ad aptive extended k a lman fil t erin g  al gorithm       Zh u  Q i - g ua ng ( 朱奇 )  a) b)  , Yu an  Mei  (   )  a) b) , Liu Yao-long ( 刘要 )  a) b) , Chen  Wei-d o n g   ( 陈卫 )  a) b) , Chen   Yin g  (   )  c) ,   and Wan g  Hong-r ui  ( 王洪 )  c)   a) School of Info rmation Science  and Eng i neerin g ,  Yanshan  University , Qinhu angd ao 066004, Chin b) The Key   Lab o rator y  for  Special Fib e and Fiber Se nsor of Heb e i Province, Ya nshan University Qinhuangdao  066004, Chin   c) School of  Electrical En g i neer ing, Yanshan  Univer sity , Qinhuan gdao 066004, C h ina      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received  Mar 25, 2014  Rev i sed  Ju l 27 20 14  Accepted Aug 20, 2014      To resolve th e d i fficu lt y in est a b lishing ac cura te  priori noise m odel for the   extend ed Kalm an filtering algori t hm propose the fraction a l-order  Darwinian   parti c le swarm  optim iza tion ( PSO)  algorithm has been pro posed and   introduced in to the fuzzy  ad aptiv e  ex tended  Kalman filtering  alg o rithm. Th natural selection  method has been adopted  to im prove the standard particle  swarm  optim izat ion algor ithm ,  w h ich enh a nced the diversity  of p a rticles  and   avoided  the pr emature. In  addition, th fra ction a l c a lcu l us has  been used  to   improve the evo l ution speed of  partic les.  The P S O algorithm  after im prove d   has  been  appl ied  to tr ain  fuz z y  a d aptiv e ex tend e d  Kalm an fi lter   and a c hiev e   the sim u lt aneou s  loca liz ation  a nd m a pping.  T h e sim u lat i on r e sults hav e   s hown that com p ared with the g ees e part icl e  s w arm  optim izatio n training of   fuzz adap tive  e x tended  Kalm an  filt er   localization and mapping  algor ithm,  has been  greatly   improved in  ter m s of localizatio n and mapp ing.    Keyword:  Darwin ian    Fractional calculus   Fuzzy a d apti ve  extende d   Kalm an  filterin g   M a ppi ng   Particle swarm op ti m i zatio n   Si m u ltan e ou s Lo cation      Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Zh u Qi -g ua ng  ( 朱奇光 ),    Sch ool   o f  I n fo r m at i on Sci e nce  an d E n gi neeri n g ,   Yans ha U n i v e r si t y , Qi n h u an g d ao  0 6 6 0 0 4 , C h i n a   The  Key  La bo r a t o ry  f o r S p eci al  Fi ber  an Fi ber  Se nso r   of   Hebei   Pr o v i n c e , Ya ns ha Un i v ersi t y Q i nh u a ng d a o  06 600 4,  C h in a   Em a il: zh u 7 8 8 0 @ ysu . ed u.cn     PACS : 05.40.-a, 45.10.Hj, 07.05.Mh       1.   INTRODUCTION  Sim u l t a neo u l o cat i on a n m a ppi n g  ( S L A M )  m eans t h at  w h e n  a  r o b o t  m oves i n  a n  u n k n o w envi ronm ent, during the m ovem e nt, the location can   be achieve d according to the position esti m a ti on a n sens or  obs er va t i on an d t h e s u rr ou n d i n g en vi ro nm ent   m a p can be est a bl i s h e d si m u l t a neou sl y ,  whi c h m a kes up   th preco n d ition  o f   au t o no m o u s  op eration  fo m o b ile  robots. Th erefore, t h e SLA M   prob lem  re m a in s o n e  of  r e sear ch  ho tspo ts o f   t h e r obo f i eld .   So fa r th g e n e ral algo rithm s  so lv in g  SLAM p r ob lem s   in clu d e  ex tended  Kalm an  filt ering ,  p a rticle   filtering, unsce n ted  Kalm an filtering, a nd  s o  on  [1,  2].  Am ong those algorithm s , extende Kalm an filtering                                                                 Pro j ect  s u p p o rt e d  by  t h Fo un dat i o n f o r Key  P r o g r a m  of M i ni st ry  of E d ucat i o n  of C h i n a ( G r a n t  N o s.   2110 23 ) ,   t h e N a tu r a Scien ce Fo und atio n o f   Heb e Pr ov in ce, Ch in a (G r a n t  N o s. F201 2203 169 ),  an th e Ch in Postdoct oral Science  Fo und at io n( Gr an t No s. 2012M 76 5 Co rr espon d i n g  au thor . E- m a il :zh u 7 880 @ysu.edu .cn  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 56  IJRA Vol. 3, No. 4,  D ecem ber 2014:   245 – 251  24 6 an d  so m e  i m p r ov ed  ex tend ed  Kalm an  filte r are u s ed  m o re co mm o n l y. Ex tend ed   Kal m an  filter h a s g o o d   n o n lin ear an math e m atica l  rig o r,  h o wev e r it n eed s to   ob tain  th e priori in fo rm atio n ,  su ch as th syste m  n o i ses  and the  obse rvation  noises, i n   whic h t h e sy ste m  noises   ca be  obtained t h rough e x peri ments, while  because  of t h great  i n fl l u e n ces  f o r  en vi ro nm ent a l  fact ors ,  t h e   obs er vat i o n  n o i s es are  ha r d  t o   get  i n  a d vance .   In su fficien c y an d in accu r acy  o f   prio ri i n fo rmatio n  m a le ad  to  l o wer  filtering  accu r acy  and  ev en   d i v e rg en ce.  Th erefo r e,  fu zzy lo g i c h a been  u s ed  t o  adj u st th e ob servatio n  no ise  o f   ex tend ed   Kal m an  filter alg o rith m  in   refe rence [3], but the fuzzy rules ar e selected through expe ri ence, whic h may cause a ce rtain de viation  in the  appl i cat i o of   dy nam i c envi r onm ent .  I n  re f e rence  [ 4 ] ,   PS O al g o r i t h m  has bee n   use d  t o  t r ai fuzzy  r u l e s t o   o b t ain th p r op er  p a ram e ters  o f  m e m b ersh i p  fun c tio ns,  b u t it is easy to  fall in to  prem at u r e con v e rg ence and  l o cal  o p t i m al  pro b l e m .  For  t h e di sa dva nt age s  o f  P S O  al g o r i t h m ,  a l o t   of  i m prove d P S O   al go ri t h m s  hav e  be e n   put  forward, s u ch as the  gee s e pa rticle swa r m  algorithm   [5 ], ch ao tic p a rticle swarm  al g o rith m  [6 ], d i screte  p a rticle swarm  alg o r ith m  [7 ]. Th ese im p r ov ed  al g o rith ms in crease th e d i v e rsity o f  p a rticles to  a certai n   ext e nt , a n d t h pr o b l e m  of p r e m at ure co n v er gence  an d l o ca l  opt i m al  has b een i m pro v ed .   In t h i s  pa per ,  t h e fract i onal - o r de Dar w i n i a n pa rt i c l e  swarm  al gori t h m  has bee n  i n t r od uce d  t o   o p tim ize  th e key p a ram e ters  o f   fu zzy log i c. Th e n a t u ral selectio n  m e th od  h a b e en  ado p t ed  to  im p r ov e th st anda rd  part i c l e  swarm  opt i m i zat i on al gor i t h m ,  whi c h e nha nce d  t h e di versi t y  of  part i c l e s and av oi d e d t h p r em atu r e.  In ad d ition ,  t h fractio n a l calcu l u s h a s b e en   u s ed  to im p r o v e  th e ev o l u tio n sp eed of  p a rticl e s. Th PSO al g o rith m after im p r o v e d  h a b e en  app lied  to  trai n  fu zzy ad ap tiv ex tend ed   Kal m an  filter an d   ach ieve  t h e si m u l t a neous l o cal i zat i on  and  m a ppi ng .       2.   FR AC TIONAL- O RD ER DA RWINIAN   PA R T IC LE SWAR M A L GOR I THM    2.1.  Darwinian P a rticle Sw arm  Algorithm  Part i c l e  swarm  opt i m i zati on a l go ri t h m  ori g i n at es f r om  t h e researc h   on t h e gr o up m ovi n g  be ha vi o r s   of bi rd fl ock s  and fi s h  sch o o l s , and  has bee n  wi del y   u s ed  to  so lv e th e com p lex  o p t i m iz atio n  prob lem s . Jason  Tillett  an d  T.M. Rao  p u t  fo rward  th at Darwin ian   n a tural  selectio n  in  b i o l og y can  b e  used  to  i m p r ov e p a rticle  swarm  algorithm  [8]. The basic idea of Darwi n ian pa r ticle swarm alg o r ith m  is:  at  e ach m o m e nt  there are   sev e ral  p a rticle swarm s  search ing  sim u ltan e o u sly. Each   particle swarm  can   run in  acc or da nce  wi t h  s t anda r d   p a rticle swarm alg o rith m ,  an d so m e  ru l e s are  adde d t o  si m u l a t e  nat u ral  sel ect i on  du ri n g  t h e r u nni ng , i n   whi c t h e ap p r o p ri at e  swa r m  woul be c h o s en   in  t h e con tin uou s sw arm  com b ination.    In the sea r chi n g process ,  whe n  on e o f  th e swarm s  ten d s  to fall in to  th e lo cal o p t i m u m ,  t h e search ing   i n  t h i s  area w oul d be  di scar ded i m m e di at el y  and t u r n  t o   t h e searc h i n g i n  ot he r areas . The pa rt i c l e  swarm s   with  b e tter  fitness will g e t reward s,  o t h e rwise, tho s e tend   to  stagn a te w ill b e  pu n i sh ed Re m o v i ng  a particle  (or a  p a rticle swarm )  n e ed s t o  co m p ly with  th e fo llowing  ru les:  (1 Wh en  t h e   part i c l e   num ber  of  t h e  swa r m  i s  l e ss t h an  t h e speci fi ed m i ni m u m  num ber  of  pa rt i c l e s,  it will b e  rem o v e d.  (2)  If th e op timal fitn ess  o f  a  p a rticle swarm   h a s no been  im p r ov ed  with in th pred eterm i n e d   search i n g   nu mb er, th e p a rticle with  th worst fitn ess w ill b e  rem o v e d .  In  add itio n, th e search i n g   will n o t   b e   reset to  0, bu reset to  a v a l u e clo s e to  th max i m u m   searching num b er.  It can be  desc ribed as the  followi ng  fo rm ula:     1 1 1 max kill c kill c N SC N SC  (1 )     The  ge nerat i o of a  ne p a rt i c l e  swarm  m u st   m e e t  with  two  con d itio n s No   p a rticle h a b een  rem oved  from   this pa rticle swarm  and  pa rticle swarm   num b er has  not  reached the m a xim u m .  Even i f  these   two  co nd ition s  are m e t, th e e m erg i ng   pro b ab ility o f  a n e w p a rticle swarm  is NS f p f   i s  a r a nd om   num ber  bet w e e n 0 a n d 1 ,  N S  i s  part i c l e  s w arm  num ber.  The f u nct i o n  of t h i s  co ndi t i on i s  t o   rest ri ct  t h g e n e ration  of new p a rticle.  Wh en  a  n e w p a rticle swarm  is   gene rat i n g, t h e  part i c l e s o f  pa rent  s w arm  have n o t   got  a ffect e d .  I n  c h i l d re n s w a r m s , hal f   of  pa rt i c l e s are  ran d o m l y  sel ect ed fr om  parent  s w arm s , t h ot h e hal f   are ran d o m ly   selected  p a rticles. If th n u m b er o f   a p a rticle swarm c a n  no t reach  th e in itial n u m b e of  p a rticles, th en   th e swarm s o t h e p a rticles co u l d  b e  i n itiali zed  rand o m ly  an d  add e d  t o  a n e p a rticle swarm .   Whe n  a  particle swa r m  reaches a  ne opti m al fitness  va lue while  the particle  num b er of t h is s w arm  has   not   reache d  t h e m a xim u m ,  a new  particle swa r m em erges [9].  Li ke t h e  st an da rd  PS O al g o r i t h m ,   m a ny  para m e t e rs of  Darwin ian PSO al so   n e ed  to   set reason ab ly to  m a ke t h e al go r i t h m  bet t e r pe r f o r m a nce, i n cl udi ng:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA I S SN 208 9-4 8 5 6     Researc h  a n d  ap pl i c at i o n o n  f r act i o n a l - or de D a rw i n i a n   P S O   b a se d a d a p t i ve  ext ende d …   ( Z hu   Qi - g ua ng)   24 7 (1) Particle num b e r o f  t h e i n itializat io n   p a rti c le swarm s (2) Th e m i n i mu m  an d  m a x i mu m  p a rticle n u m b er th at a swarm  allo w to  ex ist.  (3) Th nu m b er  o f  i n itializati o n p a rticle swarm s .   (4) Th e m i n i mu m  an d  m a x i mu m  n u m b e r of  th e p a rticle swarm  th at allo wed  to ex ist.  (5) T h e t h res h old t h at the  sea r chi n g ends.    2. 2. I m pr ove d  D a rw i n i a P a rti c l e  Sw arm  Al g o ri t h m u s i n g Fr acti on al  C a l c ul us   The t i m e dom ai n f r act i o n a l - o r der  cal cul u s  e q uat i o n  [ 1 0]  de f i ned  by   Gr u n w a l d -Let ni k o v  i s         0 0 1 1 1 1 1 lim k k h k k kh t x h t x D  (2 )     Fro m  th e Equ (2), it h a s been  sh own  that in teg e r-ord e r d e riv a tiv e co n t ains fi n ite series,  wh il fract i o nal - or de r de ri vat i v e c o nt ai ns i n fi ni t e  seri es. T h e m o st  si gni fi ca nt  d i ffere nce  bet w een f r act i o n a l - or der   calcu lu s and   in teg e r-ord e calcu lu s is t h at fraction a l-ord e r calcu l u is related  to   all th e po in ts' p a st  i n f o rm at i on, i s   a gl o b al   ope rat o r .   Form ul a o f   fra ct i onal - or der  d e ri vat i v use d  i n   di scret e  t i m i s  ap pr oxi m a t e  as          r k k k k kT t x T t x D 0 1 1 1 1 1  (3 )     Whe r e,  T  rep r e s ents the  sam p ling  pe rio d re prese n ts t h e st op  o r der.   Usi n g t h e fr act i onal - or de r cal cul u s ,  t h e u p d a t i ng vel o ci t y  of Da r w i n i a PSO ca n be i m prove d, a n d   t h e vel o ci t y  u p d at i n g  f o rm ul a o f  D a r w i n   PS O ca be  rear ra nge d a s  [ 1 1]      t id t d i t id t id t id t id x p r c x p r c v v 1 2 2 1 1 1  (4 )     Su pp ose t h at 1 th e left sid e  of th e equ a tio n is a d e riv a tive in   d i screte fo rm , o r d e r num b e 1 (su p pose 1 T ),  the n  the  fo rm ula ab ove  tu rns  to      t id t d i t id t id t x p r c x p r c v D 1 2 2 1 1 1  (5 )     Usi n g f r act i o n a l - or de r cal cul u s i d ea,  vel o ci t y  deri vat i v e' s or der ca n be e x t e n d ed t o  real  num ber i n   th e li m its o f   1 0 wh ich   will cau se th e ch an ges m o re stab le an d  t h e m e m o ry effect m o re  lo ng er.  In  or der t o  di sc us s t h e effect   of  ' s  val u e on t h e  per f o r m a nce of i m pro v ed  P S O al g o ri t h m ,  m a ke   change fr om  0 t o  1,  st ep l e n g t h   1 . 0 , to   calcu late th e op ti m a l so lu tio n o f   so m e  fun c tio n s . Accord i n g  to  t h expe rim e nts, the pe rform a nce can achieve t h e best whe n   6 . 0 .As th e fractio nal-o r d e r calcu lu s is in fin i t e   d i m e n s io n a l, its "in f in ite me m o ry" ch aracteristics lead  to  th e d i fficu lties o f  d i g ital realizatio n .  Existin g   sim u l a t i on t o ol s can ’t  deal   wi t h   no n i n t e ger - o rde r  cal cul u directly, so   wh en  fraction a l-o r d e r calcu lu s is  u s ed it is n ecessary  to  approx im at e it wirh  t h e fi n ite d i m e n s io nal fun c tio n [1 2]. If  we co n s ume 4 r , in   wh ich  o n l y th e first fo ur term s are  bein g  con s id ered , t h e eq u a ti o n  abo v e  can turns in to        t id t d i t id t id t t t t t x p r c x p r c v v v v v 1 2 2 1 1 3 2 1 1 2 1 24 1 1 6 1 2 1 ,     (6   That is         t id t d i t id t id t t t t t t x p r c x p r c v v v v v v 1 2 2 1 1 3 2 1 1 2 1 24 1 1 6 1 2 1 (7 )     After m a n y  si m u la tio n s  we can  con c lud e  that th e in crease  o f   r  d o  little to  i m p r o v e  th e perform a n ce  o f  th e al g o rithm .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 56  IJRA Vol. 3, No. 4,  D ecem ber 2014:   245 – 251  24 8 3.   FUZ Z Y  ADAPTIVE E X TE NDE D KAL M AN  FILTER SL AM AL GORITHM  SLAM  al go ri t h m  based  on   EKF m a i n l y  cont ai n s  t w o st eps:  p r e d i c t i o n  pr ocess  an obs er vat i o n   u p d a te  p r o cess. First, estab lish  th e system   m o d e l. Th e sp atial en v i ron m en t is exp r essed as        T m v k x k x k x ,  (8 )     Whe r e,    k x v  rep r es ent s  r o bot ’s  po se at  t i m e  k,  k x m re prese n t s  a  feat ure  l o cat i o of   t h e m a p.  Pred ictio n  process:   k u i s  defi n e d as ro b o t  cont rol  vect or  at  any  gi ven  t i m e  k.   k z is th e   obs er vat i o n  va l u e.   k Q and  k R are c o vari a n ce m a t r ices of  sy st em at i c  noi se a nd  obs er vat i o n  n o i se. The   p r ed ictio n equatio n s  are      k u k k x k F k k x 1  (9 )       k k x k H k k z 1 1  (1 0)       k Q k F k k p k F k k p T 1  (1 1)     In t h ese e quat i ons  k F   and   k H   are the syste m  state transition m a trix  and  th e observ a tion  m a tri x  at ti me   k.   Obse r v at i o n   u pdat e  p r oces s:  obs er vat i o n   va l u 1 k z   and predic tion  value at ti me k+1 a r us ed t o   u p d a te th e sp atial en v i ron m en t.       k k z k z k v 1 1 1  (1 2)       1 1 1 k R k H k k p k H k s T  (1 3)       1 1 1 1 1 k v k K k k x k k x  (1 4)       1 1 1 1 1 1 k K k s k K k k p k k p T  (1 5)       1 1 1 1 k s k H k k p k K T  (1 6)     Whe r e,    1 k v  is th e i n nov atio n at time k + 1 ;   1 k s  is th e th eoretical cov a rian ce m a tri x   o f  inn o v a tion.  The  differe n ce  of actual c o varia n ce m a trix  of i n n o v a tion  an d th eo reti cal co v a rian ce m a trix  of  in no v a tion is  nk c ln , use  diagonal ele m ents of  nk c ln  to a d just t h diagonal elem en ts in  co v a rian ce  matrix   o f  ob serv ation   n o i se , t h at is t h fu zzy ad ap tiv e ex tend ed kal m an  filter.         k s k v k v c T nk ln  (1 7)     Use fraction a l-o r d e Darwin ian  PSO to  trai n fu zzy  syste m ,  there are there   m e m b ersh ip  fu n c tion s  in  fuzzy  sy st e m , so t h e vari a b l e  o f  m e m b ershi p  f u nct i ons  has  9 di m e nsi ons , w h i c h i s  T w w w b b b a a a x 3 2 1 3 2 1 3 2 1 . Th p u rpo s is to  ob tain th e min i m u m  difference  of act ual cova riance  and the o retical covaria n ce.  T h ere f ore, the  object  function i s    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA I S SN 208 9-4 8 5 6     Researc h  a n d  ap pl i c at i o n o n  f r act i o n a l - or de D a rw i n i a n   P S O   b a se d a d a p t i ve  ext ende d …   ( Z hu   Qi - g ua ng)   24 9 obs N n cnobs j j nk N j c f obs obs cnobs 1 2 ln  (1 8)     Whe r e,   obs N is th e to tal nu m b er of  o b s erv a tio n in   iteratio n ,   cnobs j is dia g onal elem ents nu m b er  of   nk c ln     4.   AN ALY S IS  O F  E X PE RI M E NT RES U L T S   We can ass u me that the m obile robot 's simu latio n  env i ronmen t is a p l ane  rectangula r  area in this   envi ronm ent there are 28 feat ure poi n ts and  14  p a th  po in ts, wh ich  resp ecti v ely rep r esen ted  b y   〝〞 *a n do.   Fig u re  1  is th e m a p  th at g e ts b y  th u s o f   fu zzy ad ap tiv ex tend ed Kalman  filter  SLAM alg o rith m  b a sed  on  th e g eese,  while fig u re 2 is th e m a p  th at g e ts b y   u s ing  fu zzy ad ap ti v e  ex tend ed   Kalm an  filter SLAM   al go ri t h m  based o n  t h fra ct i onal - or der  Dar w i n i a n PS O.  R e d 〝〞 + i n the  picture  are the feat ure poi nt s   po sitio n s  bu i lt b y  th robo t.            Fi gu re  1.  SL A M  base on  t h e  geese  PS O       Fi gu re  2.  SL A M  base on  t h e  fract i o nal - o r d e Darwin ian  PSO                                 As is  sho w n fro m  th e two   fig u res m e n tio n e d abov e, the fu zzy ad ap tiv e ex tend ed   Kalm an  filter  SLAM  al g o ri t h m  based on t h e fr act i onal - o r de r Da rwi n i a n PS O pe rf or m s   m u ch bet t e r t h an  fuzzy  a d apt i v e   ex tend ed Kalman   filter SLAM alg o rith m  b a sed   on  th e g e ese in   feature  po in ts estim atio n  an d th e ro bo t p o se.  In   fi gu re 1,   t h e   l o cat i o n of   est i m a t e feat ure  poi nt s has a l a rge de vi at i on t o  t h e act ual  feature p o i n t s , and  t h ere   are m a ny points are  m i staken as featur poi n t s. In fi gu re 2,  t h e l o cat i on  of  est i m a t e d feat ure p o i n t s  an d act ual   feature  points   are m u ch im prove d i n  c o m p ared with fi gure  1, the  num b er  of erro r poi nts decrease s   l o t.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 089 -48 56  IJRA Vol. 3, No. 4,  D ecem ber 2014:   245 – 251  25 0   Fi gu re  3.  Locat i on e r r o rs  of  S L AM   t h e gee s e P S O   i n  X  di rect i o n   base on   Error s  of X ax is   Fi gu re 4.   Locat i on  e r r o rs of   S L AM  base d on   t h fraction a l-o r d e r Darwin ian PSO i n   d i rectio            Fi gu re 5.   Locat i on  e r r o rs of   S L AM  base d on   t h geese PSO  in Y direction  0 1000 2000 3000 -1 -0 .5 0 0.5 1 Ob se rva t i on ti me s Error s  of Y  axis y     Fi gu re 6.   Locat i on  e r r o rs of   S L AM  base d on   t h fraction a l-o r d e r Darwin ian PSO i n   d i rectio         Fi gu re 7.   Locat i on  e r r o rs of   S L AM  base d on   t h geese  PSO in a ngle       Fi gu re 8.   Locat i on  e r r o rs of   S L AM  base d on   t h fraction a l-o r d e r Darwin ian PSO i n  an g l     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J RA I S SN 208 9-4 8 5 6     Researc h  a n d  ap pl i c at i o n o n  f r act i o n a l - or de D a rw i n i a n   P S O   b a se d a d a p t i ve  ext ende d …   ( Z hu   Qi - g ua ng)   25 1 As i s  sh o w n i n  Fi gu re 3 t o  Fi gu re 8 ,  com p ar i ng t h pose (or angle) error e s tim a ted by fuzzy adaptive  ex tend ed Kal m an  filter SLAM algo rith m  b a sed  on  th e fraction a l-o r d e Darwi n ian  PSO  an d  fu zzy  ad ap tiv ex tend ed  Kalman   filter SLAM alg o rith m  b a sed   on  th e ge ese algo rith m ,  th e m a x i m u m   o f  ro bo t l o catio n errors  i n  X di r ect i on  has dec r ease d  f r om  2.5 t o   1. 5,  whi l e  m a xim u m  val u e of e r r o rs i n   Y di rect i on  has d r op pe d  from   1. 5 t o  1. 0, an t h m a xim u m   angl e er ro r has  decrease d  fr o m  0.07 t o  0 . 0 6 ,  t h e per f o r m a nce of  fuzzy  a d apt i v e   ex tend ed Kalm an   filter SLAM alg o rith m  h a s b e en  im p r oved   g r eatly.      5.   CO NCL USI O N   To  ov er co m e  t h e shor tco m in g  of   the inac c u racy for the  pri o r c h ar acteristics of system  noise and  observation  noise is inaccura te in extended Kalm an  filter  SLAM,  using fuzzy ad a p tive extended  Ka l m an  filter SLAM  alg o rith m ,  th e no ises co u l d b e   fu zzily  reg u l ated on line b y   d e tecting  th e d i fferences of  cova ri ance m a t r i x  o f  p r edi c t i on a n d act ual  val u di ffe re nc e and ide a l covaria n ce m a trix, the r efore t h e effect  th at ti m e -v aryin g   n o i ses  po sed  on  filter stab i lity can  b e  restrain ed . However, fu zzy lo g i n o t   o n l y h a s a  lo wer  accuracy,  but also lacks syst e m atic para m e ter design m e thods. For this  defect,  na tural  selection in  biology   and  fractional calculus are  used to  im p r o v e p a rticle o p t i m izatio n ,  an d   fraction a l-o r d e r Darwin ian  particle  swarm  alg o rith m  is u s ed  t o   o p tim ize th e k e y p a ram e ters  of  f u zzy  l o gi c,  t hus  re g u l a t i on acc uracy   of   fuzzy   lo g i c co u l d  b e   i m p r ov ed, as  well as th p e rform a n ce  o f   Kal m an  filter SLAM.  Accord in g  t o  th e sim u latio n s th e p e rfo r m a n ce o f   fu zzy adap tiv e ex tend ed  Kalm an  filter SLAM algo rith m  b a sed   o n  th e fractio n a l - ord e Dar w i n i a n PS O has  bee n  i m pr o v ed  ob vi o u s l y , and t h i s  i m prove d st rat e gy  can b e  ap pl i e d t o  t h e o p t i m i zat i o n   o f  o t h e swarm in tellig en ce al g o rith m s .       REFERE NC ES   [1]   Zhou W,  Zhao  C X  and Guo JH, 2 009,  J .  In te ll.  Ro bot. S y st.  56 543   [2]   Jwo DJ, Yang C F , Chuang CH  and Lee  TY, 201 3,  Nonlinear   Dynam .   73 377   [3]   Chandima DP,  Keigo W and  Kiy o taka L, 2008 Artif. Lif e   Robot.  13 155   [4]   Amitava C  and  Fumitoshi M 2006, Proceedi ngs  of the 3rd I EEE  Conference on   I n telligent S y stems, September 4 ,   2006 London, p.683  [5]   Amitava C  and  Fumitoshi MA, 2010,  Expert Sys t Appl.  37  5542   [6]   Xu XB, Jiang  QQ and Zh eng KF , 2013   J. Commun.  34  105(in Ch inese)   [7]   Zhu XJ and  Shen J, 2012   J. Com m un.  33 52( in C h inese)   [8]   Jason T, R a TM and Fer a S, 2005,  Proceedings of  the  2nd Indian  internation a confer ence on  artif icial  intelligen ce, December 20,  2005  Pune, India, p.14 74  [9]   M i cae l S C , Rui  P R  and   Nuno MFF, 2011, Proceed ings of the  2011 IEEE In te rnation a l S y m p o s ium  on Safet y Security   and  Res c ue Robo tics ,  N ovember 1, 2011 , K y oto ,  Jap a n, p . 284   [10]   Couceiro  MS, D i as G and  Martin s FML, 2012,  Sig. Image Vid e Proc.  6  437   [11]   Pires EJS, Mach ado JAT,  de Moura Oliv eir a  PB,  Cunha JB and  M e ndes L, 2010 N onlinear Dynam 61 295   [12]   Couceiro  MS, R o cha RP  and Fer r eira NMF 2012  Sig. Image Video Proc.  6 343       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.