[發(fā)明專利]一種基于雙門限判決的水下機(jī)動(dòng)弱目標(biāo)檢測(cè)跟蹤方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910294910.8
• 申請(qǐng)日: 2019-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN109946671B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張殿倫;高林森;滕婷婷;蘭華林;曲光宇;席佳淳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/41
• 分類號(hào): G01S7/41
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 劉冰

一種基于雙門限判決的水下機(jī)動(dòng)弱目標(biāo)檢測(cè)跟蹤方法。傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃?rùn)z測(cè)前跟蹤方法，存在的目標(biāo)丟失率高問題；以及利用卡爾曼運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行跟蹤過程中存在的模型失配和所能跟蹤總幀數(shù)少的問題。初始化目標(biāo)的狀態(tài)，得到目標(biāo)的初始位置、速度信息及能量初始累計(jì)值；設(shè)定一級(jí)門限，檢測(cè)篩選可能為目標(biāo)的量測(cè)值；若每一幀的量測(cè)值關(guān)聯(lián)于前一幀的量測(cè)值，利用卡爾曼狀態(tài)估計(jì)的一步預(yù)測(cè)確定幀間轉(zhuǎn)移速度；若目標(biāo)發(fā)生機(jī)動(dòng)，利用分段重新起始的方法重新對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；將所有量測(cè)值進(jìn)行航跡回溯，得到的恢復(fù)航跡能量進(jìn)行累加，利用第二門限篩選可能航跡，并確認(rèn)出最終航跡。本發(fā)明的漏檢率低，跟蹤過程中即使目標(biāo)發(fā)生機(jī)動(dòng)，也能及時(shí)更新目標(biāo)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種水下機(jī)動(dòng)弱目標(biāo)的檢測(cè)跟蹤方法，特別涉及一種利用門限判決進(jìn)行水下機(jī)動(dòng)弱目標(biāo)檢測(cè)跟蹤的方法。

背景技術(shù)

隨著人類對(duì)海洋環(huán)境的重視，水下作戰(zhàn)技術(shù)的不斷提高，對(duì)于如潛艇，蛙人等水下動(dòng)目標(biāo)的跟蹤十分必要。此類目標(biāo)的特點(diǎn)為能量較弱，通常情況下速度較低，且在短時(shí)間內(nèi)具有轉(zhuǎn)彎等機(jī)動(dòng)性。傳統(tǒng)的弱目標(biāo)檢測(cè)跟蹤方法多應(yīng)用于雷達(dá)、紅外的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤，其原理為將多幀數(shù)據(jù)積累，通過目標(biāo)在各幀間的強(qiáng)相關(guān)性來篩選目標(biāo)軌跡。對(duì)于目標(biāo)的檢測(cè)跟蹤的多階段決策過程，可利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法來解決優(yōu)化，即利用前一階段的優(yōu)化解順序處理后一階段，最終得到整個(gè)過程的最優(yōu)解。基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的檢測(cè)跟蹤方法，即將每一幀數(shù)據(jù)當(dāng)做一個(gè)階段，將當(dāng)前幀數(shù)據(jù)與下一幀可能為目標(biāo)的單元能量不斷累積，最終通過門限篩選出目標(biāo)軌跡。

水下目標(biāo)存在目標(biāo)強(qiáng)度低、信號(hào)刷新率低、能量衰減快等缺點(diǎn)，因此針對(duì)其檢測(cè)跟蹤存在以下幾個(gè)問題：一、在檢測(cè)過程中對(duì)弱目標(biāo)的漏檢、缺幀等情況極易造成跟蹤航跡的中斷；二、由于幀與幀之間的轉(zhuǎn)移步長(zhǎng)為固定值，只適用于勻速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，無法準(zhǔn)確跟蹤轉(zhuǎn)彎目標(biāo)或機(jī)動(dòng)目標(biāo)。

經(jīng)過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，有下列文獻(xiàn)分別對(duì)利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的弱目標(biāo)檢測(cè)跟蹤進(jìn)行了研究：

[1]黃湘鵬,趙玉麗,郝延剛.動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法在檢測(cè)前跟蹤技術(shù)中應(yīng)用[J].指揮信息系統(tǒng)與技術(shù),2015,03:84-89.

[2]王首勇，萬洋，劉俊凱.現(xiàn)代雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)理論與方法[M].北京:科學(xué)出版社，2015，10:281-300.

[3]李濤,吳嗣亮,曾海彬,侯舒娟.基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的雷達(dá)檢測(cè)前跟蹤新算法[J].電子學(xué)報(bào),2008,09:1824-1828.

[4]趙宇.基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的檢測(cè)前跟蹤算法研究[D].西安電子科技大學(xué),2012.

[5]陳銘.基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的弱小目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤(DP-TBD)算法研究[D].電子科技大學(xué),2014.

[6]岳帥,孔令講,楊建宇,易偉.卡爾曼動(dòng)態(tài)規(guī)劃?rùn)C(jī)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)前跟蹤方法[J].現(xiàn)代雷達(dá),2011,06:58-64.

文獻(xiàn)1介紹了常規(guī)的動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法的基本概念流程，分析了動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法在弱小目標(biāo)檢測(cè)應(yīng)用中的機(jī)理，并從理論上驗(yàn)證了動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法在檢測(cè)跟蹤中的應(yīng)用。其基本原理為：首先建立基于階段值函數(shù)的遞推優(yōu)化方程，這些方程將目標(biāo)狀態(tài)與目標(biāo)的各分辨單元測(cè)量信號(hào)聯(lián)系起來，基于優(yōu)化方程可以解決狀態(tài)的擇優(yōu)問題；然后進(jìn)行相鄰幀狀態(tài)過程的一步回溯處理，通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移確定各幀狀態(tài)之間的相互影響，對(duì)狀態(tài)向量和值函數(shù)初始化，再對(duì)分辨單元逐一進(jìn)行一步回溯遞推尋優(yōu)；最后一步為最終進(jìn)行檢驗(yàn)判決，通過給定的多幀量測(cè)數(shù)據(jù)，采用門限法進(jìn)行判決，得到確定的目標(biāo)航跡。本文的整體動(dòng)態(tài)規(guī)劃?rùn)z測(cè)跟蹤理論框架與文獻(xiàn)1大致相同。