[發明專利]異步動平臺多基地傳感器系統目標檢測跟蹤聯合估計方法

有效

• 申請號: 201910229335.3
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN109901152B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 嚴俊坤;王穎萍;戴金輝;劉宏偉;周生華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/66
• 分類號: G01S13/66;G01S15/66;G01S13/86
• 代理公司: 西安睿通知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

1.一種異步動平臺多基地傳感器系統目標檢測跟蹤聯合估計方法，其特征在于，所述系統包含N個傳感器和1個跟蹤器，所述N個傳感器的探測區域內存在目標；所述N個傳感器向其探測區域發射信號并接收回波數據，將接收到的回波數據發送至所述跟蹤器進行融合處理，N為大于0的正整數；

所述方法包括：

步驟1，初始化：令k表示第k時刻，k∈{1,2,…,K}，k的初始值為1，K為預先設定的最大跟蹤時刻；令r表示第r個傳感器，r∈{1,2,…,N}，r的初始值為1；

步驟2，建立第k時刻所述系統中第r個傳感器的量測模型；

步驟3，設定所述系統中目標運動方式為勻速直線運動，并建立第k時刻目標的運動模型；

步驟4，設定所述系統中各傳感器運動方式為勻速直線運動，并建立第k時刻第r個傳感器的運動模型；

步驟5，將第k時刻所述目標運動狀態和第k時刻第r個傳感器的運動狀態作為待估計狀態，并將第k時刻所述目標運動狀態和傳感器運動狀態合并為一個運動狀態作為第k時刻待估計狀態x_k；

步驟6，確定第k時刻所述第r個傳感器的檢測門限集合；

步驟6具體包括以下步驟；

(6a)根據第k-1時刻的待估計狀態估計值，計算待估計狀態在第k時刻的預測狀態x_k|k-1；以及，計算第k時刻待估計狀態的預測協方差C_k|k-1；

其中，x_k|k-1＝Fx_k-1|k-1，C_k|k-1＝FC_k-1|k-1F^T+Q_k-1，F表示目標運動狀態轉移矩陣和傳感器運動狀態的轉移矩陣的聯合矩陣，x_k-1|k-1表示第k-1時刻的待估計狀態估計值；C_k-1|k-1表示第k-1時刻待估計狀態估計值的協方差；Q_k-1表示第k-1時刻服從均值為零的白色高斯過程噪聲的協方差矩陣；

(6b)在第k時刻第r個傳感器跟蹤波門內，以第r個傳感器量測分辨率為刻度劃分分辨單元，對應得到C_r,k個分辨單元，其中傳感器量測分辨率包括傳感器距離量測分辨率和傳感器角度量測分辨率；以及，對第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器跟蹤波門內第l個分辨單元中有無目標做出H₀假設和H₁假設兩種假設：H₀表示分辨單元內沒有目標，且接收到的數據僅來自于噪聲；H₁表示分辨單元內存在目標，且接收到的數據將是目標的回波信號和噪聲的疊加；

(6c)每個傳感器根據待估計狀態在第k時刻的預測狀態x_k|k-1以及待估計狀態在第k時刻的預測協方差C_k|k-1，計算得到在H₀假設下第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元對待估計狀態的量測向量概率密度函數和在H₁假設下第k時異步刻動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元對待估計狀態的量測向量概率密度函數

其中，V_r,k表示第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器跟蹤波門的大小，D_r,k|k-1表示第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器的預測量測協方差，z_r,k|k-1表示第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器對待估計狀態預測狀態的量測值，z_r,k|k-1＝h_r,k(x_k|k-1)，h_r,k(x_k)表示第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器的非線性量測函數；x_k|k-1表示由第k-1時刻的估計值得到的第k時刻的待估計狀態的預測值；表示第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元的量測值；表示服從均值為z_r,k|k-1，協方差為D_r,k|k-1的高斯分布的概率密度函數；

(6d)根據貝葉斯最小風險準則，得到第k時刻動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元的檢測門限的表達式：

其中，表示用于確保第k時刻動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在恒虛警率條件下進行檢測的工作常數，ρ_r,k表示第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器從目標接收到的回波信號信噪比；

(6e)確定第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在其跟蹤波門內的平均虛警概率的表達式：

其中，表示在H₀假設條件下第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元對待估計狀態的量測向量概率密度函數，表示對進行微分；n_z表示設定的正整數；

設定恒定的虛警概率，根據所述平均虛警概率的表達式，計算得到用來確保第k時刻異步動平臺多基地傳感器系統中第r個傳感器在虛警率恒定的條件下進行檢測的工作常數

(6f)根據第k時刻第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元的檢測門限的表達式，計算得到第k時刻第r個傳感器在其跟蹤波門內第l個分辨單元的檢測門限

(6g)令l的值分別取1至C_r,k，重復執行(6f)，進而分別得到第k時刻第r個傳感器在其跟蹤波門內第1個分辨單元的檢測門限至第C_r,k個分辨單元的檢測門限從而得到第k時刻第r個傳感器的檢測門限集合γ_r,k；

步驟7，根據第k時刻所述第r個傳感器的檢測門限集合，確定第k時刻所述第r個傳感器的有效量測值；

步驟8，根據第k時刻跟蹤器得到的所有有效量測值，估計第k時刻待估計狀態x_k，進而根據第k時刻待估計狀態x_k計算得到估計值x_k|k和待估計狀態估計值的協方差矩陣C_k|k；

步驟9，若k未達到預先設定的最大跟蹤時刻K，則令k加1，并重復執行步驟2至步驟8；若k達到預先設定的最大跟蹤時刻K，則停止重復執行過程，此時得到第1時刻待估計狀態估計值x_1|1至第K時刻待估計狀態估計值x_K|K，以及第1時刻待估計狀態估計值的協方差矩陣C_1|1至第K時刻待估計狀態估計值的協方差矩陣C_K|K。