[發(fā)明專利]基于線譜生命周期和單矢量水聽器的多目標跟蹤方法

有效

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• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN112114286B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設計）人: 崔浩;鄭軼;何傳林;劉洪寧;倪秀輝
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01S3/80
• 分類號: G01S3/80;G06K9/62
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 馬千會

本發(fā)明屬于水下目標跟蹤技術領域，具體涉及一種多目標跟蹤方法。該方法包括：利用單矢量水聽器的聲壓數(shù)據(jù)和振速水平分量數(shù)據(jù)進行方位估計，得到頻點方位θ(f)和頻點功率譜強度根據(jù)頻點方位θ(f)和頻點功率譜強度建立線譜螺旋型生命周期模型；根據(jù)所述的模型，分析線譜狀態(tài)，確定其生命周期的階段，對線譜進行處理，獲得線譜信息集合；對集合中的線譜進行相似度評估，將線譜聚類為若干個不同的目標；根據(jù)線譜的方位和功率譜強度，擬合目標的方位航跡，實現(xiàn)多目標的跟蹤。本發(fā)明的有益效果是：建立線譜螺旋型生命周期模型，對線譜進行實時的、系統(tǒng)的管理，以獲取線譜信息；提出了線譜信息回填和繼承技術，完善線譜消失部分的信息、將消失的線譜的信息拼接到相同目標的其它存在的線譜中。

技術領域

本發(fā)明屬于水下目標跟蹤技術領域，具體涉及一種多目標跟蹤方法。

背景技術

矢量水聽器由聲壓傳感器和振速傳感器組成，能夠共點同步測量水中聲場空間一點處的聲壓和質(zhì)點振速的三個正交分量，將聲壓和振速信號進行聯(lián)合處理，可以估計目標的方位[1,2,3]，并且單個矢量水聽器具有體積小、易布放和易隱蔽等諸多優(yōu)點，已廣泛應用于水下目標被動探測和方位跟蹤等領域。

利用方位歷程圖分析目標方位是水下目標被動跟蹤的常用方法。此類方法通過狀態(tài)模型預測或者對象特征分析實現(xiàn)。當目標的運動是線性或近似線性的時候，利用最小二乘[4]、卡爾曼濾波[5]或擴展卡爾曼濾波[6,7,8]可有效地跟蹤目標，但如果線性假設不成立，會引入較大的線性化誤差。為了較好的實現(xiàn)非線性目標的跟蹤，學者們采用了無跡卡爾曼濾波[9,10,11]，通過對非線性函數(shù)的概率密度分布進行近似，對非線性目標進行可靠的跟蹤，但需要提前建立目標的狀態(tài)方程，在目標實際狀態(tài)與狀態(tài)方程差異較大的情況下，無法有效跟蹤目標。粒子濾波[12,13,14,15]適用于各種非線性目標的跟蹤，在非高斯、非線性場合具有良好的估計性能，精度可以逼近最優(yōu)估計，通過蒙特卡羅模擬方法實現(xiàn)遞推貝葉斯濾波，不需要進行高斯噪聲假設，但存在計算量大、面臨粒子退化、對硬件性能要求高和系統(tǒng)功耗高等不足，距離實際應用仍有較大差距。也有學者通過對象特征分析的方式實現(xiàn)目標跟蹤，目標骨架跟蹤法[16]分析方位歷程圖中目標的特征，提出目標具有帶狀能量的概念，通過帶約束的Delaunay三角剖分和骨架化，實現(xiàn)目標跟蹤。該方法能夠在潛標上實時運行，并且在海試中檢驗了效果。但這類方法存在兩點不足：1、在有強干擾的情況下，目標特征無法在方位歷程圖中分辨，則不能進行可靠的目標跟蹤；2、當目標與干擾的方位航跡存在交叉或重疊時，極易出現(xiàn)跟蹤錯誤或者跟蹤失敗等問題。

線譜方位估計也被用于水下目標被動跟蹤。目標輻射噪聲在低頻段具有豐富的線譜成分，而且不同目標具有不同的線譜，是一種較穩(wěn)定的目標特征信息，并且具有相干性強、傳播損失小等特點[17,18,19]。通過對目標線譜(而不是對通帶內(nèi)所有頻點)進行方位估計，可以實現(xiàn)目標跟蹤[20]。但這類方法有很明顯的缺點：1、目標線譜穩(wěn)定時長有限，一旦中斷或消失，就無法繼續(xù)進行目標跟蹤；2、目標具有多個線譜成分，這些線譜存在此消彼長或方位航跡不完全重合的情況，容易將單目標識別為多目標，引發(fā)二義性錯誤。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有利用線譜方位估計進行水下目標跟蹤存在的問題，利用單矢量水聽器的聲壓數(shù)據(jù)和振速水平分量數(shù)據(jù)進行方位估計，分析線譜狀態(tài)并對線譜的生命周期進行管理，通過線譜聚類和目標航跡擬合實現(xiàn)目標的被動跟蹤。

本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是：基于線譜生命周期和單矢量水聽器的多目標跟蹤方法，包括：

利用單矢量水聽器的聲壓數(shù)據(jù)和振速水平分量數(shù)據(jù)進行方位估計，得到頻點方位θ(f)和頻點功率譜強度

根據(jù)頻點方位θ(f)和頻點功率譜強度建立線譜螺旋型生命周期模型；

根據(jù)所述的模型，分析線譜狀態(tài)，確定其生命周期的階段，對線譜進行處理，獲得線譜信息集合；

對集合中的線譜進行相似度評估，將線譜聚類為若干個不同的目標；