[發(fā)明專利]一種基于分布式架構(gòu)的非合作多目標(biāo)航跡推算方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810009756.0
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108152790A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)新平;李岳峰;袁亞洲;李新
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02;G01S5/18;H04W4/029
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 13116
• 代理人: 李合印

本發(fā)明公開了一種基于分布式架構(gòu)的非合作多目標(biāo)航跡推算方法，包括多目標(biāo)跟蹤中的動態(tài)信源調(diào)度策略以及分布式兩層粒子逼近多目標(biāo)位置估計算法。在動靜態(tài)混合的交互式有源主動探測架構(gòu)作為跟蹤系統(tǒng)中信息采集的基礎(chǔ)設(shè)施，僅需隨機部署多個獨立的傳感器為其提供距離量測信息，而不需要部署傳感器陣列附加角度等其他定位信息，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；以動態(tài)信源調(diào)度策略為基礎(chǔ)能夠為算法提供更多的確定性信息，進而簡化算法復(fù)雜度并且提高多目標(biāo)定位精度；提出的采用的分布式架構(gòu)及算法中喚醒和睡眠的策略能夠有效延長無線定位系統(tǒng)的生命周期，具有良好的經(jīng)濟和社會效益。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于水下或空中場景下的入侵監(jiān)測和編隊目標(biāo)跟蹤等非合作目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位跟蹤技術(shù)，尤其是一種基于無線通信技術(shù)及多傳感器平臺的三維非合作式多目標(biāo)定位跟蹤方法。

背景技術(shù)

基于無線通信的非合作式多目標(biāo)跟蹤技術(shù)因能滿足如國土預(yù)警、海洋監(jiān)視、空中交通管制等多種場景和應(yīng)用下的基本需求而被相關(guān)技術(shù)人員廣泛研究。非合作的定位方式面向的對象往往是不能與基站通信的異構(gòu)目標(biāo)。這種目標(biāo)的特性使得定位過程更加復(fù)雜，其定位方式并不是依靠節(jié)點之間的信息傳遞進行定位，而是通過分析多組返回波的狀態(tài)來估計未知目標(biāo)的位置信息。

現(xiàn)有的多目標(biāo)跟蹤方法存在一下幾點方面的不足。首先集中式架構(gòu)計算量大導(dǎo)致的實時性問題。現(xiàn)有算法大都采用集中式的定位策略，所有量測數(shù)據(jù)的處理過程僅由某個節(jié)點來完成，這樣做的結(jié)果不僅無法保證數(shù)據(jù)處理的實時性，而且還會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中能耗的不平均而縮短整體系統(tǒng)的生命周期。其次現(xiàn)有算法呈現(xiàn)兩極化發(fā)展，復(fù)雜度高的算法計算量過大，而復(fù)雜度低的算法準(zhǔn)確度不高。這是由于現(xiàn)有方法中提供的確定性信息有限，如目標(biāo)數(shù)目，多目標(biāo)的初始位置等信息都需要算法對其進行估計。這樣復(fù)雜的算法結(jié)構(gòu)往往會帶來很大的計算量。而簡單的使用閾值法進行估計又缺乏準(zhǔn)確性。另外傳統(tǒng)方法中對量測信息的種類往往有著嚴格的要求，這就需要提供相應(yīng)的硬件平臺支持，限定的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)降低了算法的普適度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種提高多目標(biāo)定位數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)準(zhǔn)確率的基于分布式架構(gòu)的非合作多目標(biāo)航跡推算方法。

為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案：本發(fā)明主要包括分布在監(jiān)測區(qū)域中的多個硬件結(jié)構(gòu)相同的通信節(jié)點；通過人為定義通信節(jié)點的不同角色以達到改變整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的目的，通信節(jié)點分為調(diào)度中心節(jié)點、靜態(tài)主節(jié)點、動態(tài)主節(jié)點和普通節(jié)點，靜態(tài)主節(jié)點和動態(tài)主節(jié)點屬于融合中心級，普通節(jié)點屬于傳感器級；

所述方法包括動態(tài)信源調(diào)度策略和位置跟蹤算法兩個部分；

動態(tài)信源調(diào)度策略為其中的每個目標(biāo)分配一個伺服跟蹤系統(tǒng)，多個目標(biāo)的伺服系統(tǒng)中采用不同的通信頻率且相互獨立，其目的是完成多目標(biāo)定位到單目標(biāo)定位的轉(zhuǎn)換過程；伺服跟蹤系統(tǒng)是指由多個傳感器組成、專為某個物理分布獨立的單一目標(biāo)配置的局部定位系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)中包括一個動態(tài)主節(jié)點及幾個與之配合定位的普通節(jié)點；

將監(jiān)測系統(tǒng)從低到高分為基礎(chǔ)信息采集層、位置決定層和決策調(diào)度層；基礎(chǔ)信息采集層中通過節(jié)點互相合作獲取必要的距離量測信息；位置決定層中以基礎(chǔ)信息采集層中對目標(biāo)的距離量測作為依據(jù)，以歷史航跡作為參考，運用多目標(biāo)識別算法，為決策層提供實時準(zhǔn)確的多個目標(biāo)的運動狀態(tài)；決策調(diào)度層利用下層提供的位置信息預(yù)測多個目標(biāo)的運動行為，并參考預(yù)測信息通過控制參考節(jié)點的休眠或喚醒，來指定距離預(yù)測位置最近的幾個節(jié)點分別作為動態(tài)主節(jié)點及相應(yīng)的普通節(jié)點。

進一步的，動態(tài)信源調(diào)度分為以下幾個步驟：

在初始化信息準(zhǔn)備階段，每個參考節(jié)點利用合作式定位的方法估計自身的坐標(biāo)位置；所有參考節(jié)點都要在一段時間內(nèi)構(gòu)建濾除環(huán)境虛警的靜態(tài)向量表；決策調(diào)度層選擇中心區(qū)域的一個節(jié)點作為靜態(tài)主節(jié)點用于實時監(jiān)測新生目標(biāo)；

步驟1，初始化階段靜態(tài)主節(jié)點通過發(fā)射并接收信號記錄環(huán)境初始狀態(tài)，靜態(tài)向量表用于存放初始狀態(tài)，并在定位過程中濾除環(huán)境噪聲；