[發明專利]一種平滑約束無跡卡爾曼濾波方法及目標跟蹤方法在審
| 申請號： | 201911114914.X | 申請日： | 2019-11-14 |
| 公開（公告）號： | CN111047627A | 公開（公告）日： | 2020-04-21 |
| 發明（設計）人： | 張宏偉;張小虎;楊夏 | 申請（專利權）人： | 中山大學 |
| 主分類號： | G06T7/277 | 分類號： | G06T7/277 |
| 代理公司： | 佛山信智匯知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 44629 | 代理人： | 唐杏姣 |
| 地址： | 510275 廣東*** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 平滑 約束 卡爾 濾波 方法 目標 跟蹤 | ||
本發明提供了一種平滑約束無跡卡爾曼濾波方法，包括如下步驟：步驟1，根據無跡變換獲取當前目標觀測時刻目標狀態的原始先驗概率密度函數；步驟2，通過數值期望計算原始先驗概率的均值和方差；步驟3，引入噪聲約束信息，通過計算近似可行域的中心，以獲取修正先驗概率密度；步驟4，通過后驗迭代優化尋求滿足約束條件的高斯分布均值和方差，產生滿足約束條件的新的高斯西格瑪點；步驟5，對高斯西格瑪點進行加權計算，完成濾波過程。本發明所述的一種平滑約束無跡卡爾曼濾波方法在準確性和魯棒性方面具有優勢，同時，其實時性方面優于粒子濾波算法。相應地，本發明還提供一種目標跟蹤方法。
技術領域
本發明涉及目標跟蹤技術領域領域，具體而言，涉及一種平滑約束無跡卡爾曼濾波方法及目標跟蹤方法。
背景技術
在導航和制導系統、跟蹤快速變化的無線信道的信道狀態信息、跟蹤飛機的實時位置等科學領域中經常需要使用濾波技術(如卡爾曼濾波等)以實現對目標的實時跟蹤。
經過大量檢索發現一些典型的現有技術，如申請號為201810661518.8的專利公開了一種基于開關卡爾曼濾波器的運動目標跟蹤方法，該發明在目標運動狀態產生突變的情況下，能夠抑制因目標運動狀態產生突變導致的跟蹤誤差，具有穩定的跟蹤效果和較好的魯棒性。又如申請號為201410134331.4的專利公開了種目標跟蹤方法及擴展截斷無跡卡爾曼濾波方法、裝置，該發明能夠解決觀測函數不具有唯一反函數的問題，有效提高濾波精度且實用性較高。又如申請號為201410779717.0公開了一種于軌跡平滑的室內移動目標定位方法，該發明充分利用當前時刻與先前時刻的測量值和估計值，采用無跡卡爾曼濾波方式，提高了三邊測量法的定位精度。
可見，對于使用卡爾曼濾波進行目標跟蹤，其實際應用中的亟待處理的實際問題(如提高目標跟蹤的準確性和魯棒性等)還有很多未提出具體的解決方案。
發明內容
為了克服現有技術的不足提供了一種平滑約束無跡卡爾曼濾波方法及目標跟蹤方法，本發明的具體技術方案如下：
一種平滑約束無跡卡爾曼濾波方法，包括如下步驟：
步驟1，根據無跡變換獲取當前目標觀測時刻目標狀態的原始先驗概率密度函數；
步驟2，通過數值期望計算原始先驗概率的均值和方差；
步驟3，引入噪聲約束信息，通過計算近似可行域的中心，以獲取修正先驗概率密度；
步驟4，通過后驗迭代優化尋求滿足約束條件的高斯分布均值和方差，產生滿足約束條件的新的高斯西格瑪點；
步驟5，對高斯西格瑪點進行加權計算，完成濾波過程。
可選的，在步驟1中，根據無跡變換獲取當前目標觀測時刻目標狀態的原始先驗概率密度函數的步驟具體包括：
步驟1a，根據采樣規則，利用修正先驗概率的均值和方差產生滿足約束條件的2nx+1個西格瑪點以及相應的權值wi，具體如下式所示：其中，nx是狀態變量的維數，λ是尺寸因子，λ決定周圍西格瑪點的范圍，可以為nx+λ≠0的任意值，是(nx+λ)Px均方根的第i列，該均方根的求解可由Cholesky分解得到,wi是第i個粒子的權值，并且
步驟1b，將西格瑪點代入狀態方程，利用公式以及加權計算預測均值和預測協方差Px；
步驟1c,時間更新，利用公式以及加權計算量測均值預測協方差Pzz與測量的互協方差Pxz。
可選的，在步驟2中，通過數值期望計算原始先驗概率的均值和方差的公式為：以及
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