一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤（CMS-MHT）方法，其實現(xiàn)步驟如下：（1）對航跡進行預測；（2）形成當前時刻所有可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設，并計算角度信息輔助的航跡得分；（3）航跡樹剪枝；（4）對航跡進行多傳感器濾波。當傳感器測量誤差不大的情況下，本發(fā)明通過采用角度信息輔助的航跡得分計算方法，得到了更加符合實際情況的航跡得分，降低了航跡-量測關(guān)聯(lián)假設不確定性，得到了比傳統(tǒng)CMS-MHT方法更好的跟蹤效果，主要體現(xiàn)在降低了漏情率，同時提高了航跡完整性。
【專利說明】一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于目標跟蹤領(lǐng)域，涉及一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當前應用于集中式多傳感器多目標跟蹤的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法，主要是由單傳感器多目標跟蹤方法推廣而來的。例如集中式多傳感器聯(lián)合概率數(shù)據(jù)互聯(lián)方法(CMS-JPDA)、集中式多傳感器多假設跟蹤方法(CMS-MHT)等。多假設跟蹤(MHT)方法可以將多目標跟蹤所涉及的航跡起始、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、航跡維持及航跡終止等多個環(huán)節(jié)統(tǒng)一在一個框架內(nèi)，在檢測概率比較低、雜波密度比較大和目標比較密集時，MHT方法被普遍認為是解決數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題的最好方法。盡管CMS-MHT算法具有同樣的優(yōu)點，但在密集雜波環(huán)境下，由于每個時刻需要處理來自多個傳感器的量測，與應用于單傳感器的MHT方法相比，CMS-MHT處理中可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設數(shù)量大大增加，從而增大了航跡-量測關(guān)聯(lián)假設不確定性。而航跡-量測關(guān)聯(lián)假設不確定性的增加容易引發(fā)錯誤關(guān)聯(lián)現(xiàn)象，最終導致得到的航跡質(zhì)量降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:當傳感器測量誤差不大的情況下，針對在傳統(tǒng)集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法中航跡-量測關(guān)聯(lián)不確定性的增大，本發(fā)明提供一種角度信息輔助的CMS-MHT方法，通過給出角度信息輔助的航跡得分計算方法，得到了更符合實際情況的航跡得分，從而降低了航跡-量測關(guān)聯(lián)假設不確定性，得到了更好的跟蹤效果。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)`問題所采用的技術(shù)方案是:一種角度信息輔助的CMS-MHT方法實現(xiàn)步驟如下:首先對航跡進行預測；然后根據(jù)融合中心接收到的所有傳感器量測形成所有可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設，并計算角度信息輔助的航跡得分；接著進行航跡樹剪枝?’最后對航跡進行多傳感器濾波。具體包括以下步驟:
[0005]步驟(I )、對航跡進行預測；
[0006]步驟(2)、形成當前時刻所有可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設，并計算角度信息輔助的航跡得分；
[0007]步驟(3)、航跡樹剪枝；
[0008]步驟(4 )、對航跡進行多傳感器濾波。
[0009]所述步驟(1)對航跡進行預測如下:
[0010]假定狀態(tài)描述和量測描述均是在直角坐標系下，離散時間系統(tǒng)的動態(tài)方程為:
[0011]X (k+1) = F (k) X (k) +V (k)
[0012]其中k表示跟蹤的時刻；X(k)是k時刻目標的狀態(tài)向量；F(k)為k時刻目標狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；V(k)為零均值白色高斯過程噪聲序列，協(xié)方差為Q(k)。當凡個傳感器觀測同一運動目標時，第i個傳感器的測量方程為:[0013]Zi (k+1) = Hi (k+1) X (k+1) +Wi (k+1), i = I, 2, — , Ns
[0014]式中，Zi (k+1)為量測向量，Hi (k+1)為測量矩陣，Wi (k+1)是均值為零且相互獨立的高斯序列，其協(xié)方差為Ri (k+Ι)。假設各個傳感器獨立工作，且WiGO、Wj(k) (i ^ j)、V(k)和目標初始狀態(tài)相互獨立。則k+Ι時刻狀態(tài)預測及狀態(tài)預測協(xié)方差為:
[0015]X (k+11 k) = F (k) X (k)
[0016]P (k+11 k) = F (k) P (k) F (k) T+Q (k)
[0017]其中X (k+11 k)為k+1時刻狀態(tài)預測；P (k+11 k)為k+1時刻狀態(tài)預測協(xié)方差。
[0018]所述步驟(2)形成當前時刻所有可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設，并計算角度信息輔助的航跡得分:
[0019]設用于跟蹤的傳感器數(shù)目為Ns，k時刻來自傳感器i(i = 1,2,-,Ns)的量測數(shù)為mK，融合中心在k時刻所獲最新綜合量測集為Z(k)，即:
[0020]Z(k) = \Z\ / = 1,2,...,%,/, =1,2,...,?本
[0021]其中，Z;:(k)表示k時刻傳感器i的第Ii個量測，假設k時刻的航跡數(shù)目為Nt，在k
時刻目標t (t = 1，2，…，Nt)與各個傳感器量測的一個關(guān)聯(lián)假設可以用一個向量表示:
[0022](/丨,/”…,/、) /,.=0,1,2,.“，/'.，1,2,...,,Vj
[0023]其中，當Ii古0(i = 1，2，..., Ns)時,表示傳感器i的第Ii個量測來自目標t ;當Ii = 0(i = I, 2，…，Ns)時,表示傳感器i沒有探測到目標t。
[0024]假設航跡t在k-Ι時刻得分為L (k-Ι)，在k時刻航跡預測位置為Z，則對于k時刻關(guān)聯(lián)假設(ΑΛ，...,&)，航跡t的得分L(k)為:
[0025][0026]
[0027][0028]
[0029]
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下: 步驟(1)、對航跡進行預測； 步驟(2)、形成當前時刻所有可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設，并計算角度信息輔助的航跡得分； 步驟(3)、航跡樹剪枝； 步驟(4 )、對航跡進行多傳感器濾波。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法，其特征在于:所述步驟(1)對航跡進行預測如下: 假定狀態(tài)描述和量測描述均是在直角坐標系下，離散時間系統(tǒng)的動態(tài)方程為:
X(k+1) = F (k) X (k) +V (k) 其中k表示跟蹤的時刻；X(k)是k時刻目標的狀態(tài)向量；F(k)為k時刻目標狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；V(k)為零均值白色高斯過程噪聲序列，協(xié)方差為Q(k)，當Ns個傳感器觀測同一運動目標時，第i個傳感器的測量方程為:
Zi (k+1) = Hi (k+1) X (k+1) +Wi (k+1)，i = 1，2，...，Ns 式中，Zi (k+1)為量測向量，Hi (k+1)為測量矩陣，Wi (k+1)是均值為零且相互獨立的高斯序列，其協(xié)方差為Ri (k+1)，假設各個傳感器獨立工作，且WiGO、WjGO (i幸j)、V(k)和目標初始狀態(tài)相互獨立，設k時刻目標狀態(tài)的融合估計為X (k),狀態(tài)協(xié)方差為P (k),則融合中心k+Ι時刻狀態(tài)預測及狀態(tài)協(xié)方差預測為:
X (k+1 |k) = F (k) X (k)
P (k+11 k) = F (k) P (k) F (k) T+Q (k) 其中X (k+11 k)為k+1時刻狀態(tài)預測；P(k+l|k)為k+1時刻狀態(tài)協(xié)方差預測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法，其特征在于:所述步驟(2)形成當前時刻所有可能的航跡-量測關(guān)聯(lián)假設，并計算角度信息輔助的航跡得分如下: 設用于跟蹤的傳感器數(shù)目為Ns，k時刻來自傳感器i(i = 1,2,-,Ns)的量測數(shù)為《%,，融合中心在k時刻所獲最新綜合量測集為Z (k)，即:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法，其特征在于:所述步驟(3)航跡樹剪枝如下: 一個目標的所有時刻的量測-航跡關(guān)聯(lián)假設組成了一個航跡樹，該方法中采用的航跡樹剪枝技術(shù)有:基于得分的航跡刪除和確認、N回掃剪枝技術(shù)、基于全局概率的航跡刪除技術(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種角度信息輔助的集中式多傳感器多假設跟蹤(CMS-MHT)方法，其特征在于:所述步驟(4)對航跡進行多傳感器濾波如下: 首先將所有傳感器的量測集中起來，形成一個更高維的量測矢量:
【文檔編號】G01C21/20GK103759732SQ201410016173
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月14日
【發(fā)明者】孫進平, 王歡, 付錦斌 申請人:北京航空航天大學