[發明專利]一種高機動目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201210138397.1
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102721951A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 曹運合;樊友友;劉宏偉;張倫;劉崢;靳松陽
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種高機動目標跟蹤方法，包括如下步驟：

(1)運動狀態和模型參數的初始化

1a)利用雷達觀測的前三個觀測值確定初始狀態和初始協方差；

1b)漸消因子的初始值設為1；

1c)確定機動頻率和目標加速度變化率的方差；

(2)建立改進jerk模型

2a)用下式對目標的運動特性建立運動狀態方程：

X(k+1)=F(k)X(k)+G(k)j‾+W(k)]]>

其中，X(k+1)為k+1時刻狀態向量，k為采樣時刻；F(k)為狀態轉移矩陣；X(k)為k時刻狀態向量，X(k)=x(k)x(k)·x(k)··x(k)···T,]]>[]^T為向量轉置操作，x(k)表示目標k時刻位置；為位置的一階求導，表示目標k時刻速度；為位置的二階求導，表示目標k時刻加速度；為位置的三階求導，表示目標k時刻加速度變化率；G(k)為控制矩陣；為目標加速度變化率的均值；W(k)為過程噪聲，其均值和協方差分別為0和Q(k)的高斯白噪聲系列；

2b)用下式建立目標的觀測方程：

Z(k+1)＝H(k+1)X(k+1)+V(k+1)

其中，Z(k+1)為目標在k+1時刻的雷達觀測值，k為采樣時刻；H(k+1)為觀測矩陣；X(k+1)為k+1時刻狀態向量；V(k+1)為觀測噪聲，其均值和協方差分別為0和R(k)的高斯白噪聲系列，且與過程噪聲W(k)相互獨立；

(3)目標狀態預測

3a)由建立的模型和初始值完成目標狀態的一步預測：

X^(k+1|k)=F(k)X^(k|k)+G(k)j‾]]>

其中，表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態，k為采樣時刻，|表示條件操作符；F(k)為狀態轉移矩陣；表示目標k時刻狀態更新值；G(k)為控制矩陣；為目標加速度變化率的均值；

3b)按照下式完成目標狀態協方差的一步預測：

P(k+1|k)＝λ(k+1)F(k)P(k|k)F^T(k)+Q(k)

其中，P(k+1|k)表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態協方差，k為采樣時刻；λ(k+1)為k+1時刻的漸消因子；F(k)為狀態轉移矩陣；P(k|k)表示目標k時刻狀態協方差更新值；F^T(k)為狀態轉移矩陣的轉置；Q(k)為過程噪聲的協方差；

(4)根據雷達的接收數據和狀態預測值，求觀測值的預測誤差

4a)由狀態預測值按照下式確定目標在k時刻的觀測值的預測：

Z^(k+1|k)=H(k+1)X^(k+1|k)]]>

其中，表示k時刻預測目標在k+1時刻的觀測值，k為采樣時刻；H(k+1)為觀測矩陣；表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態；

4b)由雷達接收數據按照下式確定目標在k時刻的觀測值的預測誤差：

Z~(k+1)=Z(k+1)-Z^(k+1|k)]]>

其中，表示目標觀測值的預測誤差，k為采樣時刻；Z(k+1)為雷達接收數據在k+1時刻的目標觀測值；表示k時刻預測目標在k+1時刻的觀測值；

(5)確定漸消因子

用預測誤差確定漸消因子，其計算公式如下：

λ(k+1)=η(k+1)η(k+1)>11η(k+1)≤1]]>

其中，λ(k+1)為漸消因子，k為采樣時刻；η(k+1)為可由預測誤差協方差矩陣求得的漸消因子實時變化值；

(6)確定濾波器增益

6a)按照下式確定預測誤差的協方差矩陣：

S(k+1)＝H(k+1)P(k+1|k)H^T(k+1)+R(k+1)

其中，S(k+1)為預測誤差的協方差矩陣，k為采樣時刻；H(k+1)為觀測矩陣；P(k+1|k)表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態協方差；H^T(k+1)為觀測矩陣的轉置；R(k+1)為觀測噪聲的協方差矩陣；

6b)由預測誤差的協方差矩陣按照下式確定濾波器增益：

K(k+1)＝P(k+1|k)H^T(k+1)S^-1(k+1)

其中，K(k+1)為濾波器增益，k為采樣時刻；P(k+1|k)表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態協方差；H^T(k+1)為觀測矩陣的轉置；S^-1(k+1)為預測誤差的協方差矩陣的逆；

(7)對目標的狀態進行更新

7a)按照下式完成目標狀態的更新：

X^(k+1|k+1)=X^(k+1|k)+K(k+1)Z~(k+1)]]>

其中，表示目標k+1時刻狀態更新值，k為采樣時刻；表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態；K(k+1)為濾波器增益；表示目標觀測值的預測誤差；

7b)按照下式完成目標狀態協方差的更新：

P(k+1|k+1)＝P(k+1|k)-K(k+1)S(k+1)K^T(k+1)

其中，P(k+1|k+1)表示目標k+1時刻狀態協方差更新值，k為采樣時刻；P(k+1|k)表示k時刻預測目標在k+1時刻的狀態協方差；K(k+1)為濾波器增益；S(k+1)為預測誤差的協方差矩陣；K^T(k+1)為濾波器增益矩陣的轉置；

(8)判斷狀態更新是否完成，若更新沒有完成，則執行步驟(3)；若更新完成，則結束。