典型機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤建模方法
【專利摘要】本發(fā)明基于編隊(duì)機(jī)動時(shí)的量測特性，建立整體機(jī)動、分裂、合并、分散四種典型的機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤模型。在航跡維持階段，編隊(duì)目標(biāo)會發(fā)生各種機(jī)動，此時(shí)編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)回波的相對位置結(jié)構(gòu)發(fā)生縮放、剪切、旋轉(zhuǎn)等仿射變換，傳統(tǒng)的機(jī)動目標(biāo)跟蹤算法因?qū)C(jī)動編隊(duì)目標(biāo)回波復(fù)雜性考慮不足，難以取得理想的跟蹤效果，且現(xiàn)有機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤算法只簡單的基于編隊(duì)整體進(jìn)行了研究，無法準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的完成機(jī)動編隊(duì)內(nèi)各目標(biāo)的狀態(tài)更新，本發(fā)明彌補(bǔ)上述不足。
【專利說明】典型機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)信息融合【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了幾種典型機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著傳感器性能尤其是分辨率的提高，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注如何利用多個(gè)傳感器獲得的綜合信息改善編隊(duì)目標(biāo)的跟蹤性能，這使得編隊(duì)目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域出現(xiàn)許多有待解決的關(guān)鍵問題。在編隊(duì)目標(biāo)運(yùn)動過程中，基于特定的戰(zhàn)術(shù)或目的，編隊(duì)目標(biāo)隨時(shí)會發(fā)生轉(zhuǎn)彎、爬升、俯沖等整體機(jī)動，還會出現(xiàn)分裂、合并、分散等編隊(duì)目標(biāo)特有的機(jī)動模式，在這種情況下，編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，導(dǎo)致多傳感器對編隊(duì)內(nèi)個(gè)體目標(biāo)的分辨狀態(tài)更為復(fù)雜，雜波環(huán)境下多傳感器機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)的精確跟蹤問題變得十分困難。傳統(tǒng)的多傳感器機(jī)動目標(biāo)跟蹤技術(shù)難以跟蹤機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)，主要原因?yàn)?(I)當(dāng)編隊(duì)目標(biāo)發(fā)生分裂、合并或分散時(shí)，傳統(tǒng)的機(jī)動目標(biāo)跟蹤模型不再匹配；(2)編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)一般相距較近，因而回波交叉影響嚴(yán)重，再加上雜波的影響，當(dāng)編隊(duì)發(fā)生機(jī)動時(shí)，易出現(xiàn)跟丟、跟錯等現(xiàn)象；(3)利用組網(wǎng)傳感器探測編隊(duì)目標(biāo)時(shí)，因傳感器與編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的角度不同，各傳感器對同一機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)的探測狀態(tài)可能不一致，實(shí)現(xiàn)多傳感器信息的互補(bǔ)和剔除更加困難?，F(xiàn)有機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤算法大多基于編隊(duì)整體對分裂、合并進(jìn)行研究，對多傳感器探測下發(fā)生機(jī)動時(shí)編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的航跡更新問題尚未有文獻(xiàn)報(bào)道，已不能滿足目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域的實(shí)際工程需求。
[0003]針對上述問題，有必要深入分析多傳感器探測下編隊(duì)發(fā)生機(jī)動時(shí)編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的量測特性，研究如何建立編隊(duì)整體機(jī)動、分裂、合并、分散等典型編隊(duì)機(jī)動模式下的編隊(duì)跟蹤模型，以實(shí)現(xiàn)各機(jī)動模式下編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的狀態(tài)更新。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]在航跡維持階段，編隊(duì)目標(biāo)會發(fā)生各種機(jī)動，此時(shí)編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)回波的相對位置結(jié)構(gòu)發(fā)生縮放、剪切、旋轉(zhuǎn)等仿射變換，傳統(tǒng)的機(jī)動目標(biāo)跟蹤算法因?qū)C(jī)動編隊(duì)目標(biāo)回波復(fù)雜性考慮不足，難以取得理想的跟蹤效果，且現(xiàn)有機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤算法只簡單的基于編隊(duì)整體進(jìn)行了研究，無法準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的完成機(jī)動編隊(duì)內(nèi)各目標(biāo)的狀態(tài)更新。為彌補(bǔ)上述不足，本發(fā)明基于編隊(duì)機(jī)動時(shí)的量測特性，建立整體機(jī)動、分裂、合并、分散四種典型的機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤模型。
[0006]技術(shù)方案
[0007]本發(fā)明所述的典型機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤模型的建立，包括以下技術(shù)流程:編隊(duì)整體加速度的求取、編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的外推、關(guān)聯(lián)波門的建立、雜波剔除模型及點(diǎn)跡合并模型的建立、互聯(lián)點(diǎn)跡的獲取、編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的狀態(tài)估計(jì)。
[0008]有益效果
[0009](I)基于多幀關(guān)聯(lián)模型，充分利用了 k-Ι時(shí)刻中各目標(biāo)的狀態(tài)更新值，節(jié)省了一個(gè)周期，縮短航跡確認(rèn)及點(diǎn)_航關(guān)聯(lián)的時(shí)間；
[0010](2) WU1(I1-1)中的各目標(biāo)為航跡頭，保證了分散后航跡的個(gè)數(shù)與原U1(I1-1)中的目標(biāo)個(gè)數(shù)吻合；
[0011](3)對雜波魯棒性較好，利用3/4航跡起始模型剔除了絕大部分雜波，保證了編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)跟蹤的精確性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是編隊(duì)整體、分裂、合并、分散機(jī)動跟蹤模型流程圖；

【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。參照說明書附圖，本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】分以下幾個(gè)內(nèi)容:
[0014]一、編隊(duì)整體機(jī)動跟蹤模型的建立
[0015](I)計(jì)算裝置I接受k時(shí)刻探測設(shè)備所得量測集Z(A) =認(rèn)認(rèn))}=1利用循環(huán)閾值模型獲得Z1 (k)，并利用u(k-l)，求出編隊(duì)目標(biāo)U(k)因發(fā)生整體機(jī)動而產(chǎn)生的加速度M幻=K⑷⑷]1。

【權(quán)利要求】
1.典型機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤建模方法，提供了幾種典型機(jī)動編隊(duì)目標(biāo)跟蹤建模方法，其特征在于:建立了編隊(duì)整體機(jī)動、分裂、合并、分散等典型編隊(duì)機(jī)動模式下的編隊(duì)跟蹤模型，以實(shí)現(xiàn)各機(jī)動模式下編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的狀態(tài)更新。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于建立編隊(duì)整體機(jī)動跟蹤模型時(shí)，先求取整體編隊(duì)的加速度、編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的外推，然后是波門的建立、雜波剔除模型及點(diǎn)跡合并模型的建立及關(guān)聯(lián)量測的獲取，最后是目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行更新。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于建立編隊(duì)分裂跟蹤模型時(shí)，基于整體機(jī)動跟蹤模型獲得目標(biāo)的狀態(tài)更新，然后進(jìn)行虛假航跡的刪除；具體描述為: (1)設(shè);^化|幻為k時(shí)刻編隊(duì)仏(10中的目標(biāo)i的狀態(tài)更新值，定義其航跡質(zhì)量為.?α'(Α:-?)+ι, ,ν.>ι、
式中，G1(A-1)Sk-1時(shí)刻編隊(duì)仏00中的目標(biāo)i的航跡質(zhì)量，若k時(shí)刻為編隊(duì)開始發(fā)生分裂的時(shí)刻，定義G1(A-1)=O: Ni為編隊(duì)U1GO中目標(biāo)i關(guān)聯(lián)波門內(nèi)量測來源的傳感器個(gè)數(shù)； (2)滑窗的建立 建立一個(gè)[k，k+h]的滑窗，若Q]{k + h)<h-a(2) 則判斷編隊(duì)U1GO中航跡i為虛假航跡，將其刪除；a為刪除參數(shù)，與雜波密度有關(guān)，雜波密度越大，a的取值越小； (3)設(shè)在k+h時(shí)刻，若7/^+ /7) + 7^0+/0 = 1^-1)艸停止虛假航跡的判斷；否則增加窗口長度繼續(xù)判別。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于建立編隊(duì)合并機(jī)動跟蹤模型時(shí)，基于整體機(jī)動跟蹤模型獲得目標(biāo)的狀態(tài)更新值
，然后進(jìn)行合并的判別，具體描述為: 當(dāng)編隊(duì)U1(H)和U2(k-1)合并成U(k)后，U1GO和U2(k)中的目標(biāo)屬于同一個(gè)編隊(duì)，各目標(biāo)間的空間距離和運(yùn)動方式應(yīng)該滿足編隊(duì)的定義，所以首先需要基于U1GO和U2(k)重新進(jìn)行編隊(duì)的分害I];設(shè)龍=和
為U1GO和U2 (k)中任意兩個(gè)目標(biāo)的狀態(tài)更新值，若
貝IJ判定這兩個(gè)目標(biāo)屬于同一個(gè)編隊(duì)；式中，Cltl為常數(shù)閾值；Y為服從自由度為~的X2分布的門限值，這里Hx為狀態(tài)估計(jì)向量的維數(shù)；且
式中，P1 (AI&)和為(&I幻為兩目標(biāo)的狀態(tài)估計(jì)誤差協(xié)方差； 在此基于編隊(duì)分割中的循環(huán)閾值模型完成k時(shí)刻編隊(duì)的重新識別，設(shè)識別后得到一個(gè)新的編隊(duì)廠(幻=;.<(/:)丨么廣，若7::認(rèn))=0-1) + 7;:(々-1)，則編隊(duì)的合并完結(jié)；否則利用k+Ι時(shí)刻的關(guān)聯(lián)編隊(duì)量測重復(fù)上述步驟，繼續(xù)進(jìn)行編隊(duì)的合并判別。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的方法，其特征在于建立編隊(duì)分散機(jī)動跟蹤模型時(shí)，利用四幀量測數(shù)據(jù)，基于航跡起始中修正的3/4邏輯法實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)目標(biāo)的點(diǎn)-航互聯(lián)，具體分為以下五步進(jìn)行: (1)WU1(Ic-1)作為航跡起始過程第一次掃描所得到的量測集合，Z(幻=、Z{k + \) = {Zi{k + \)}^H)、Z(A:.+ 2) =.U,.(A: + 2)C2)分別為后三次掃描得到的量測集合；以Xl O -1)為中心建立波門，若h (k) = [z； (k), z}j (Α)]τ滿足
d' JRi(H)+Rj GOr1Clij ≤y (5) 則判定X,l^-1)可與Zj(k)互聯(lián)，并建立可能航跡D1;式中，RjGO為對應(yīng)于\(10的量測噪聲協(xié)方差；Y為常數(shù)閾值，可由X2分布表查；
式中，KkA1LJ和[V1LxMin]分別為目標(biāo)i在X、y方向上的速度最大值和最小值；
—1)^?—I)的協(xié)方差； (2)對可能航跡D1進(jìn)行直線外推，并以外推點(diǎn)為中心，建立關(guān)聯(lián)波門Ω(k+Ι)，其由航跡外推誤差協(xié)方差確定；若量測Zi (k+Ι)落入關(guān)聯(lián)波門Q(k+1)內(nèi)，假設(shè)Zi(k+1)與\(10的連線與該航跡的夾角為α，若α≥σ (ο —般由測量精度決定，為了保證以很高的概率起始目標(biāo)的航跡，可以選擇較大的σ)，則認(rèn)為Zi(k+1)可與D1互聯(lián)；若存在多個(gè)點(diǎn)滿足要求，則選取離外推點(diǎn)最近的量測互聯(lián)； (3)若沒有量測落入Q(k+1)中，則將D1繼續(xù)直線外推，以外推點(diǎn)為中心，建立后續(xù)關(guān)聯(lián)波門Ω&+2)，其大小由航跡外推誤差協(xié)方差確定；若量測Zi (k+2)落入關(guān)聯(lián)波門Ω (k+2)內(nèi)，假設(shè)Zi(k+2)與^(1^+1)的連線與該航跡的夾角為β，若β彡σ，則判定Zi(k+2)可與D1互聯(lián)；若存在多個(gè)點(diǎn)滿足要求，則選取離外推點(diǎn)最近的量測互聯(lián)； (4)若在第四次掃描中，沒有量測落入后續(xù)關(guān)聯(lián)波門Ω(k+2)中，則刪除該可能航跡； (5)在各個(gè)周期中不與任何航跡互聯(lián)的量測用來開始一條新的可能航跡，轉(zhuǎn)步驟(I)；設(shè)在k+2時(shí)刻以 -1)為起點(diǎn)的量測集合為■[ X； (k-1), Zj (k)、zm (k+1)}，則說明目標(biāo)i在k時(shí)刻和k+Ι時(shí)刻的互聯(lián)量測為Zj (k)和Zm (k+Ι)。
【文檔編號】G06F19/00GK104182652SQ201410478495
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】王海鵬, 陶李, 熊偉, 何友, 劉瑜, 夏沭濤, 林雪源, 徐從安 申請人:中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院