一种集成GPS和多传感器的移动目标实时追踪方法

摘要

本发明公开了一种集成GPS和多传感器的移动目标实时追踪方法。所述方法包括：构建一种集成GPS设备的多传感器惯性系统，该系统分别安装于追踪对象和被追踪对象上；追踪对象利用该系统采集的数据，并经过卡尔曼滤波校正处理后能实时获得自身及被追踪对象较为准确的位置、高度、速度、方向信息；追踪对象能用跟踪策略，对移动中的被追踪对象实施动态追踪并最终追踪到被追踪对象。

主权项

1.一种集成GPS和多传感器的移动目标实时追踪方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)为追踪对象和被追踪对象各构建一个集成GPS设备的多传感器惯性系统；所述系统具有远程数据传送功能，并包含一个单轴的陀螺仪、一个速度表以及一个高度计，分别获得追踪对象和被追踪对象的方向、速度以及高度信息，并根据追踪对象和被追踪对象的初始位置，经过计算获得两者的运动距离和所在位置信息；同时，利用系统中集成的GPS设备也能获得追踪对象和被追踪对象带有噪声的经、纬度位置、高度、方向以及速度信息；在该系统中采用卡尔曼滤波方法对追踪对象和被追踪对象的方向、速度、高度以及位置进行误差校正，最终可以获得追踪对象和被追踪对象较为准确的方向、速度、高度以及位置信息；2)再采取如下步骤：A、追踪对象通过集成GPS设备的多传感器惯性系统得到并记录被追踪对象的经过卡尔曼滤波校正的移动位置轨迹；B、追踪对象移至被追踪对象移动轨迹上的某一位置，移至该位置能使追踪对象沿被追踪对象的移动轨迹对被追踪对象实施追踪，且追踪代价最小；C、追踪对象对被追踪对象的移动轨迹进行裁剪；D、追踪对象沿经过裁剪的被追踪对象的移动轨迹运动，直至追踪到被追踪对象；其中，所述的步骤A与步骤B-D之间是并行进行的；其中，追踪对象的平均速率大于被追踪对象的平均速率；所述步骤B具体为：B1、全面考虑追踪对象探寻至被追踪对象移动轨迹上的代价和沿被追踪对象轨迹移动至被追踪对象所在位置的代价，选取被追踪对象轨迹上可使采用追踪策略的总追踪代价最低的位置作为追踪对象当前最佳追踪起始位置；B2、采用GAA*算法向追踪对象的当前最佳追踪起始位置实时搜索有限步长，并在该过程中忽略被追踪对象的移动，若在限定步骤内搜索到被追踪对象移动轨迹上的任一位置，转步骤B3，否则转步骤B4；B3、追踪对象停止搜索并移至该位置，该位置即为实际追踪起始位置，然后转步骤C；B4、追踪对象停止搜索并按已规划好的局部路径移动限定步数，然后转步骤B1重复以上过程；所述步骤C具体为：C1、若策略偏好度大于一个预先设置的经验阈值，说明此时需采用追踪策略，转步骤D，否则转步骤C2；C2、删除所记录的当前被追踪对象的移动轨迹以释放内存，并转步骤A；所述追踪代价指追踪对象移至被追踪对象移动轨迹上的任一位置p_t，然后从p_t开始沿被追踪对象运动轨迹移动并最终追踪到被追踪对象，上述两个阶段总共发生的代价度量值，记为▽(p_t)，该代价的计算方法如下式所示：$▿\left(p_t\right)=\alpha ·\left(\right|p_h^x-p_t^x|+|p_h^y-p_t^y|+|p_h^z-p_t^z\left|\right)+\underset{\overline{p_t{p}_g}}{\int }{u}_h\mathrm{dt}(\alpha >1)$其中，p_h、p_t和p_g分别表示追踪对象的当前位置、被追踪对象移动轨迹上的某一位置和被追踪对象的当前位置；和分别表示追踪对象当前位置平面坐标的X分量、Y分量以及高度值；和分别表示被追踪对象移动轨迹上任一位置p_t的平面坐标的X值、Y值以及高度值；表示被追踪对象的轨迹从p_t移动至p_g时追踪对象的行程距离，其中u_h表示追踪对象的即时速率；α表示搜索阶段中单位代价的加权比例系数，增大α可以增加搜索代价在追踪代价中的权重，用以调节搜索单位代价和追踪单位代价中的不平衡性；所述最佳追踪起始位置的计算方法如下式所示：$p_{\mathrm{start}}^{\mathrm{best}}=\arg \underset{p_t\in \mathrm{Trail}}{\min }\{▿\left(p_t\right)\}$其中，Trail表示追踪对象所记录的被追踪对象的移动轨迹，arg为求解反函数；所述策略偏好度是指不采用追踪策略的追踪代价与采用追踪策略的追踪代价之间的比值，其计算方法如下式所示：$\Theta =\frac{\alpha ·\left(\right|p_f^x-p_g^x|+|p_f^y-p_g^y|+|p_f^z-p_g^z\left|\right)}{\underset{\overline{p_f{p}_g}}{\int }{u}_h\mathrm{dt}},p_f\in \mathrm{Trail}$其中，p_f为追踪对象实际追踪的起始位置。