[發明專利]改進的用于目標跟蹤的卡爾曼濾波方法

有效

• 申請號: 201811018794.9
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN108802707B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發明（設計）人: 張群英;呂曉華;陳忠誠;劉新
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張成新

1.一種改進的用于目標跟蹤的卡爾曼濾波方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

S1、建立觀測目標的運動方程，所述運動方程包括動態方程和觀測方程，根據所述觀測方程得到目標的觀測值；

S2、得到經過卡爾曼濾波后目標位置信息的濾波值；

S3、設置閾值，并計算所述濾波值與所述觀測值的殘差；

S4、判斷所述閾值與所述殘差的關系，若所述殘差不大于所述閾值，則直接將所述濾波值作為預測值，得到目標下一時刻的預測位置；

而若所述殘差大于所述閾值，則將所述濾波值與所述觀測值加權求和，得到更新后的預測值，并根據更新后的預測值得到目標下一時刻的預測位置；

S5、重復上述步驟，得到目標的預測運動軌跡。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述觀測方程的觀測量包括目標的位置信息、速度信息和加速度信息。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，所述動態方程中包括狀態轉移矩陣，所述觀測方程中包括觀測矩陣。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S2具體包括：

S21、利用所述狀態轉移矩陣分別計算預測均值和預測協方差；

S22、利用所述觀測矩陣計算觀測預測值，利用所述觀測矩陣和所述預測協方差計算新息方差矩陣；

S23、利用所述觀測矩陣、所述預測協方差和所述新息方差矩陣得到卡爾曼增益矩陣；

S24、利用所述卡爾曼增益矩陣，得到所述濾波值。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟S1中，目標的所述運動方程為：

x_k＝Fx_k-1+v_k；

y_k＝Hx_k-1+w_k；

其中，上式為所述動態方程，下式為所述觀測方程，其中，x_k為k時刻的預測值，y_k為k時刻的觀測值，F為所述狀態轉移矩陣，H為所述觀測矩陣，v_k是均值為0且噪聲協方差為Q_k的高斯白噪聲，w_k是均值為0且噪聲協方差為R_k的高斯白噪聲。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述預測均值采用下式計算：

x_k|k-1＝Fx_k-1|k-1；

其中x_k-1|k-1為k-1時刻的預測值，x_k|k-1為k-1時刻至k時刻的預測均值。

7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述預測協方差采用下式計算：

P_k|k-1＝FP_k-1|k-1F^T+Q^k；

其中，預測協方差P_k|k-1為預測的協方差矩陣，P_k-1|k-1為k-1時刻的協方差矩陣，Q^k為過程噪聲。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述觀測預測值采用下式計算：

y_k|k-1＝Hy_k-1|k-1；

其中，y_k-1|k-1為k-1時刻的觀測值，y_k|k-1為k-1時刻至k時刻的觀測預測值。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述新息方差矩陣采用下式計算：

S_k＝HP_k|k-1H^T+R；

其中，S_k為新息方差矩陣，R為測量噪聲方差。