主权项 |
1、一种基于雷达/红外量测数据坐标转换的目标跟踪方法,该方法是基于仿真原型系统,该系统具有人机交互接口模块、雷达红外数据接口模块、数据量测转换模块、交互多模目标跟踪模块、目标状态估计输出模块等五个功能模块,该方法包括如下步骤:步骤一获得数据及相关初始化操作通过雷达红外数据接口模块获得雷达传感器和红外传感器的量测数据,并将其用于数据量测转换模块和交互多模目标跟踪模块,通过人机交互接口模块对多模型进行选择与相关参数设定;步骤二计算目标的转移概率权值在交互多模目标跟踪模块中,可通过计算公式(1)得到目标的转移概率权值:u<sub>ij</sub>(k-1)=ρ<sub>ij</sub>u<sub>i</sub>(k-1)/C<sub>j</sub>(k-1),i,j=1,...,r (1)其中,u<sub>i</sub>(k-1)为k-1时刻目标处于模型i的概率,ρ<sub>ij</sub>为模型i转换到j的概率,C<sub>j</sub>(k-1)为归一化常数,其值可通过计算公式(2)得到:<maths num="0001"><![CDATA[<math><mrow><msub><mover><mi>C</mi><mo>‾</mo></mover><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><msub><mi>p</mi><mi>ij</mi></msub><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></math>]]></maths>j=1,...,r; (2)步骤三计算各滤波器输入值在交互多模目标跟踪模块中,可通过计算公式(3)、公式(4)得到各滤波器的输入值:<maths num="0002"><![CDATA[<math><mrow><msubsup><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi><mn>0</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><msub><mi>u</mi><mi>ij</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><msub><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mrow></math>]]></maths>j=1,...,r (3)<maths num="0003"><![CDATA[<math><mrow><msubsup><mi>P</mi><mi>j</mi><mn>0</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><msub><mi>u</mi><mi>ij</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>[</mo><msub><mi>P</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mover><mi>X</mi><mo>~</mo></mover><mi>ij</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msubsup><mover><mi>X</mi><mo>~</mo></mover><mi>ij</mi><mi>T</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>,</mo></mrow></math>]]></maths>j=1,...,r (4)其中,x为状态向量,<img file="A2009100935160002C4.GIF" wi="30" he="40" />为状态向量的估计向量,且<img file="A2009100935160002C5.GIF" wi="556" he="59" />步骤四更新各模型目标状态在交互多模目标跟踪模块中,可通过计算公式(5~9)对输入进行滤波:<maths num="0004"><![CDATA[<math><mrow><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>|</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>F</mi><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>P(k|k-1)=FP(k-1)F<sup>T</sup>+qGG<sup>T</sup> (6)K(k)=P(k|k-1)H<sup>T</sup>[HP(k|k-1)H<sup>T</sup>+R(k)]<sup>-1</sup> (7)<maths num="0005"><![CDATA[<math><mrow><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>|</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mi>K</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>[</mo><mi>Z</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>H</mi><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>|</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>P(k)=P(k|k-1)-K(k)HP(k|k-1) (9)其中,F为状态转移方程,q为协方差,G为噪声增益,滤波后输出<img file="A2009100935160003C2.GIF" wi="255" he="70" />和{P<sub>j</sub>(k|k)}<sub>j=1</sub><sup>r</sup>。R(k)为观测协方差矩阵,在数据量测转换模块中,可通过计算公式(10)得到:<maths num="0006"><![CDATA[<math><mrow><mi>R</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>C</mi><mo>·</mo><mfenced open='[' close=']'><mtable><mtr><mtd><msubsup><mi>σ</mi><msub><mi>r</mi><mi>R</mi></msub><mn>2</mn></msubsup></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><msubsup><mi>σ</mi><msub><mi>θ</mi><mi>R</mi></msub><mn>2</mn></msubsup></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><msubsup><mi>σ</mi><msub><mi>θ</mi><mi>I</mi></msub><mn>2</mn></msubsup></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><mn>0</mn></mtd><mtd><msubsup><mi>σ</mi><msub><mi>φ</mi><mi>I</mi></msub><mn>2</mn></msubsup></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>·</mo><msup><mi>C</mi><mi>T</mi></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>其中,<img file="A2009100935160003C4.GIF" wi="261" he="62" />由雷达和红外的量测精度计算得到,C=(M<sup>T</sup>M)<sup>-1</sup>M<sup>T</sup>,而M可通过计算公式(11)得到:<img file="A2009100935160003C5.GIF" wi="1536" he="595" />其中,<img file="A2009100935160003C6.GIF" wi="678" he="72" /><img file="A2009100935160003C7.GIF" wi="671" he="75" />而x,y,z可通过计算公式(12)得到:<img file="A2009100935160003C8.GIF" wi="1507" he="543" />其中,x<sub>R</sub>,y<sub>R</sub>,z<sub>R</sub>,r<sub>R</sub>,θ<sub>R</sub>,θ<sub>I</sub>,<img file="A2009100935160003C9.GIF" wi="34" he="34" />可由雷达红外数据接口模块得到;步骤五更新模型概率在交互多模目标跟踪模块中,可通过计算公式(12)得到新的模型概率:u<sub>j</sub>(k)=Λ<sub>j</sub>(k)C<sub>j</sub>(k-1)/C,j=1,...,r (13)其中,似然函数值可通过计算公式(13)得到:<maths num="0007"><![CDATA[<math><mrow><msub><mi>Λ</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>N</mi><mo>[</mo><mi>Z</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mover><mi>Z</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi></msup><mo>[</mo><mi>k</mi><mo>|</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>;</mo><msubsup><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi><mn>0</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>,</mo><msup><mi>S</mi><mi>j</mi></msup><mo>[</mo><mi>k</mi><mo>;</mo><msubsup><mi>P</mi><mi>j</mi><mn>0</mn></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>]</mo><mo>,</mo></mrow></math>]]></maths>j=1,...,r (14)而归一化常数可通过计算公式(14)得到:<maths num="0008"><![CDATA[<math><mrow><mi>C</mi><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><msub><mi>Λ</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mover><mi>C</mi><mo>‾</mo></mover><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>15</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>步骤六输出各组合滤波器值在目标状态估计输出模块中,可通过计算公式(15)、公式(16)得到各滤波器的输出值:<maths num="0009"><![CDATA[<math><mrow><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><msub><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>16</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths><maths num="0010"><![CDATA[<math><mrow><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>r</mi></munderover><msub><mi>u</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mrow><mo>(</mo><msub><mi>P</mi><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><mo>[</mo><msub><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><mo>·</mo><msup><mrow><mo>[</mo><msub><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mi>j</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mover><mi>X</mi><mo>^</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mi>T</mi></msup><mo>)</mo></mrow><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>17</mn><mo>)</mo></mrow></mrow></math>]]></maths>步骤七重复步骤二~步骤六,实现对机动目标的连续跟踪。 |