專利名稱：用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，尤其涉及一種適用于量測(cè)原始數(shù)據(jù)可靠性不高的被動(dòng)式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中的基于目標(biāo)位置預(yù)測(cè)的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法。
背景技術(shù)：
目標(biāo)跟蹤理論和技術(shù)在民用和軍事領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值，該領(lǐng)域一直是學(xué)術(shù)界、工業(yè)界乃至軍方重點(diǎn)發(fā)展的方向。傳統(tǒng)的主動(dòng)式目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，如雷達(dá)，通過(guò)發(fā)射雷達(dá)波并接收反射回波來(lái)獲得目標(biāo)方位角和距離的量測(cè)，容易被敵方輕易偵測(cè)到跟蹤系統(tǒng)的位置，進(jìn)而遭到敵方摧毀。因此，在該應(yīng)用場(chǎng)景中，被動(dòng)式傳感器體現(xiàn)了很大的優(yōu)勢(shì)。但被動(dòng)式傳感器僅能得到目標(biāo)方位角，而不能有效的獲得目標(biāo)距離的量測(cè)，因此單個(gè)傳感器不能提供足夠的量測(cè)信息來(lái)保證目標(biāo)位置的可觀性，需要多傳感器進(jìn)行協(xié)同工作。本發(fā)明針對(duì)的即是被動(dòng)式多傳感器的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，尤其適用于被動(dòng)式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)。在目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，由于跟蹤環(huán)境的干擾以及傳感器自身性能的限制，在測(cè)量過(guò)程中不可避免的引入量測(cè)噪聲和雜波干擾，即使目標(biāo)只有一個(gè)，有效量測(cè)可能有多個(gè)。需要運(yùn)用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)技術(shù)來(lái)建立目標(biāo)源和量測(cè)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并在正確的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)前提下進(jìn)行目標(biāo)跟蹤過(guò)程。適用于主動(dòng)式傳感器目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法已趨于成熟，其中概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法在雜波環(huán)境的單目標(biāo)跟蹤問(wèn)題中具有很好的理論基礎(chǔ)和實(shí)用效果。目前并沒(méi)有專門針對(duì)被動(dòng)式傳感器目標(biāo)跟蹤的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，現(xiàn)有的方法是針對(duì)被動(dòng)式傳感器的量測(cè)特點(diǎn)，利用觀測(cè)方程中量測(cè)與目標(biāo)狀態(tài)的關(guān)系將目標(biāo)狀態(tài)協(xié)方差矩陣轉(zhuǎn)化為量測(cè)協(xié)方差矩陣，再將方位角的量測(cè)直接作為被關(guān)聯(lián)對(duì)象，并沿用原有主動(dòng)式傳感器目標(biāo)跟蹤的概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，實(shí)現(xiàn)被動(dòng)式傳感器目標(biāo)跟蹤的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)有的用于被動(dòng)式傳感器的概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的基本方法的主要步驟如下
1.根據(jù)被動(dòng)傳感器的量測(cè)方程，結(jié)合傳感器的位置與目標(biāo)當(dāng)前預(yù)測(cè)狀態(tài)(包含目標(biāo)位
置)，得到目標(biāo)狀態(tài)H和傳感器量測(cè)H的線性化關(guān)系式4 = AX ,其中H為線性化的觀測(cè)矩陣。2.根據(jù)先驗(yàn)的目標(biāo)狀態(tài)協(xié)方差矩陣P,和估計(jì)的傳感器量測(cè)誤差協(xié)方差h，利用公式Sk = HPiHf + Ri計(jì)算量測(cè)殘差協(xié)方差Sk ,再由公式< =1/ - 計(jì)算殘差向量范數(shù) 4，并根據(jù)跟蹤門技術(shù)接受滿足條件的量測(cè)進(jìn)行后續(xù)步驟。3.分別計(jì)算上步得到的有效量測(cè)集合4 = ( !, ^/",Z^J中各量測(cè)對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)
概率處，其中ζ =a 2,- 表示第i個(gè)量測(cè)來(lái)源于目標(biāo)的概率，=ο表示沒(méi)有量測(cè)來(lái)源目標(biāo)的概率，具體的計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，其特征在于，包括以下步驟(1)隨機(jī)部署若干個(gè)被動(dòng)式傳感器，并確定各傳感器的位置以及量測(cè)誤差協(xié)方差；(2)根據(jù)各傳感器位置和傳感器量測(cè)誤差協(xié)方差，并結(jié)合設(shè)定的橢圓跟蹤門區(qū)域，量化各傳感器量測(cè)對(duì)目標(biāo)跟蹤更新的貢獻(xiàn)程度，由此對(duì)傳感器量測(cè)的處理順序進(jìn)行排序；(3)根據(jù)先驗(yàn)預(yù)測(cè)的目標(biāo)位置和對(duì)應(yīng)的誤差協(xié)方差矩陣，得到跟蹤門內(nèi)目標(biāo)位置的相對(duì)概率分布；(4)根據(jù)當(dāng)前處理的傳感器位置和待關(guān)聯(lián)的量測(cè)，得到觀測(cè)射線方程，并計(jì)算觀測(cè)射線與跟蹤門邊界的交點(diǎn)，由此判決是否接受量測(cè)；(5)根據(jù)得到的目標(biāo)位置的相對(duì)概率分布函數(shù)和臨界交點(diǎn)，得到跟蹤門內(nèi)量測(cè)方向上各點(diǎn)的概率積分，并進(jìn)一步得到量測(cè)源自目標(biāo)的概率；(6)根據(jù)上步得到的關(guān)聯(lián)概率，應(yīng)用全期望公式，對(duì)目標(biāo)狀態(tài)和估計(jì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行更新；(7)重復(fù)步驟(3廣(6)，完成順序結(jié)構(gòu)的被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤，得到目標(biāo)實(shí)時(shí)位置 fn息ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為，設(shè)第i個(gè)傳感器的位置為UmiJNi]和該傳感器的量測(cè)誤差我，同時(shí)設(shè)先驗(yàn)預(yù)測(cè)的目標(biāo)位置為[Xfc,;^]和對(duì)應(yīng)的誤差協(xié)方差矩陣巧，則橢圓跟蹤門邊界方程A為[1-1 ^-fjir1^-^少-Kf = ft ，其中&為設(shè)定的橢圓跟蹤門門限，可用如下公式計(jì)算^ = 2111( / (2^1 - fy β^\\ )，其中々為回波密度即目標(biāo)量測(cè)與雜波量測(cè)的比值，Pb為檢測(cè)概率；構(gòu)造量化直線纟，斜率k為Iti=-IZtan終，其中經(jīng)過(guò)馮為傳感器i預(yù)測(cè)的量測(cè)角，可以利用如下公式求得 =見(jiàn)-鋼)，并經(jīng)過(guò)點(diǎn)；由此可以求得直IU在橢圓^內(nèi)的線段長(zhǎng)度,記為Jlj ,同時(shí)傳感器i的量測(cè)誤差的標(biāo)準(zhǔn)差q = # ,取2倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍掃過(guò)直線 h的部分,計(jì)算該線段長(zhǎng)度^2j=式tan(2o0 ,其中式為傳感器到目標(biāo)預(yù)測(cè)位置的距離，可通過(guò)公式計(jì)算如下:di = ^Yk-YNi)2+(Jk-^i)2 ；將各傳感器的量測(cè)貢獻(xiàn)程度用q來(lái)量化,公式如下^ = C1Jrfw ,其中量化值越大越優(yōu)先處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，根據(jù)先驗(yàn)的目標(biāo)位置預(yù)測(cè)[^,ζ]和誤差協(xié)方差矩陣巧，得到目標(biāo)位置[U]的相對(duì)概率分布P(足= 0.5μτ-足r-fj/r1^-^ nfcf)；考慮到各傳感器的誤差協(xié)方差，需要更新誤差協(xié)方差陣& =巧+召，其中^ = [(φιησ^,ο;ο，(4€:0叫)2],用4代替概率分布函數(shù)中的巧計(jì)算ρ(足r),同理得到更新的跟蹤門邊界橢圓方程A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，其特征在于，所述步驟(4)中根據(jù)當(dāng)前傳感器位置[Ii,HVi]和待關(guān)聯(lián)量測(cè)吸』·，得到觀測(cè)射線方程。，并得到觀測(cè)射線I與橢圓力程^的又點(diǎn)；若有兩個(gè)交點(diǎn)，則判決量測(cè)在跟蹤門內(nèi)，接受量測(cè)；若只有一個(gè)交點(diǎn)或是沒(méi)有交點(diǎn)，則判決量測(cè)在跟蹤門外，拒絕量測(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，其特征在于，所述步驟(5)具體為根據(jù)上步得到的接受的量測(cè)集合‘ = ( , WU ,其中、力確認(rèn)量測(cè)數(shù)目，分別計(jì)算量測(cè)對(duì)應(yīng)的所有跟蹤門內(nèi)目標(biāo)位置的先驗(yàn)概率積分Au-，并利用經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)位置的量測(cè)概率積分對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化，可表示為Au= J p、xj‘趟dx，其中&和&分別是^與橢圓方程、兩交點(diǎn)的橫坐標(biāo)；再根據(jù)概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法中的相關(guān)推導(dǎo)得到量測(cè)源自目標(biāo)的概率4。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)用于被動(dòng)式多傳感器目標(biāo)跟蹤的全局概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，該方法能夠有效的克服原有方法非線性部分局部線性化造成的誤差以及由于量測(cè)不完全可觀性導(dǎo)致的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)中的概率分布不完全，原方法中有偏的概率分布估計(jì)也導(dǎo)致了其跟蹤門設(shè)置的不合理，在本方法中也得到了更正。此外本方法中還提出了一種多傳感器順序處理排序的機(jī)制，能夠有效的提高目標(biāo)跟蹤效果。本方法尤其適用于量測(cè)原始數(shù)據(jù)可靠性不高的被動(dòng)式無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)G01S13/66GK102338874SQ20111017202
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者卓書(shū)果, 周良毅, 李元實(shí), 王智 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)