[發明專利]一種基于目標重跟蹤的多目標粒子濾波檢測前跟蹤方法

有效

• 申請號: 202011102472.X
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112415503B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 陳霄;潘凱;劉光宏;韓闊業;薛安克
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S13/72
• 分類號: G01S13/72;G06N3/006
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

1.一種基于目標重跟蹤的多目標粒子濾波檢測前跟蹤方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

步驟1、初始化參數：雷達掃描周期T、觀測總幀數K、粒子群中粒子個數N、雷達個數R，目標跟蹤航跡的幀長度len_i，距離、多普勒以及方位空間單元距離分別為D_r,D_d,D_b，誤差閾值Error；

步驟2、讀取多個雷達的第k幀量測其中，表示第r個雷達的第k幀回波數據的量測單元(m,n,p)中的量測，m、n、p分別表示距離單元、多普勒單元以及方位單元；

步驟3、對k-1時刻的跟蹤目標集Taxe＝{f_1,k-1，,f_2,k-1…f_Tm,k-1}中的目標進行跟蹤，Tm為跟蹤集中目標個數，每個目標f_i,k-1均擁有一個跟蹤粒子群P_i,k-1＝{p_i,1,k-1,p_i,2,k-1…p_i,N,k-1}，其中p_i,j,k-1表示第i個目標k-1時刻的第j個粒子；

步驟3.1、令i＝1；

步驟3.2、對第i個目標的跟蹤粒子群P_i,k-1＝{p_i,1,k-1,p_i,2,k-1…p_i,N,k-1}中的每個粒子進行狀態轉移，從而得到目標的跟蹤粒子群P_i,k＝{p_i,1,k,p_i,2,k…p_i,N,k}，每個粒子的狀態變量為和存在變量E_i,j；

步驟3.3、令r＝1，j＝1，計算跟蹤粒子群中每個粒子的多雷達權值，具體步驟為：

步驟3.3.1、比較目標第j個粒子的E_i,j是否大于0，如果是，進入步驟3.3.2，否則，計算粒子基于第r個雷達的權值為1，并轉到步驟3.3.4；

步驟3.3.2、計算第j個粒子對應第r個雷達下的距離多普勒以及方位值

(x_r,y_r)代表第r個雷達位置；

步驟3.3.3、計算k時刻目標i第j個粒子基于第r個雷達的權重

(m,n,p,k)為k時刻，粒子的值在此雷達量測空間中的單元位置；σ_n代表標準差，L_r表示與距離有關的衰減常數，L_d表示與多普勒有關的衰減常數，L_b表示與方位有關的衰減常數，R(m)表示目標處于第r個雷達量測單元對應的距離，D(n)表示目標處于第r個雷達量測單元對應的多普勒，B(p)表示目標處于第r個雷達量測單元對應的方位值，A_r,k為第r個傳感器對應單元復幅度；

步驟3.3.4、若jN，則j＝j+1并進入步驟3.3.1，否則進入步驟3.3.5；

步驟3.3.5、若rR，則j＝1，r＝r+1并進入步驟3.3.1，否則，進入步驟3.4；

步驟3.4、計算多雷達融合粒子權值

步驟3.4.1、令r＝1；

步驟3.4.2、將第r個雷達對應的粒子權值歸一化：

步驟3.4.3、若rR，則r＝r+1并進入步驟3.4.2，否則進入步驟3.4.4；

步驟3.4.4、計算融合后雷達粒子權重：

為k時刻目標i第j個粒子的多雷達融合權重；

步驟3.4.5、對融合后的粒子群權重進行歸一化：

步驟3.5、令采用系統重采樣，對跟蹤粒子群p_i,k＝{p_i,1,k,p_i,2,k,…,p_i,N,k}進行更新；

步驟3.6、計算目標f_i,k的檢測概率pb，判斷pb是否小于發現目標閾值Myu，若是，則認為該目標為虛假目標，并進入步驟3.10，反之則認為該目標存在，進入步驟3.7，目標存在概率為：

pb＝M/N 式(10)

其中M為粒子群中存在變量E_i,j＝1的粒子數；

步驟3.7、目標進行重跟蹤，步驟如下：

步驟3.7.1、令依據粒子權重大小對粒子群P_i,k按遞減進行排序；

步驟3.7.2、計算粒子群前N/50個粒子的狀態信息均值

步驟3.7.3、以狀態信息均值為中心點，隨機創建新的粒子，對跟蹤粒子群P_i,k后0.98*N個粒子的狀態信息進行替換，且粒子群存在變量E_i,j全置1，j＝1,…,N，新建粒子狀態信息如下：

{x_i,j,y_i,j}、分別為P_i,k中第j個粒子位置信息與運動速度，R_x,y為位置半徑，R_v為速度半徑；

步驟3.7.4、計算跟蹤粒子群中每個粒子的多雷達權值，見步驟3.3；

步驟3.7.5、計算計算粒子多雷達融合權值見步驟3.4；

步驟3.7.6、采用系統重采樣，對跟蹤粒子群p_i,k＝{p_i,1,k,p_i,2,k,…,p_i,N,k}進行更新，len_i＝len_i+1，獲得目標狀態估計即為目標的下一時刻狀態；

步驟3.8、若目標i跟蹤幀數長度len_i＝3，計算此次目標估計狀態與此目標第一個航跡點的差值

步驟3.9、若令pb＝0，認為該目標為虛假目標，否則認為該目標存在；

步驟3.10、若iTm，則i＝i+1并進入步驟3.2，否則進入步驟3.11；

步驟3.11、從目標跟蹤集Taxe中刪除虛假目標，并刪除對應跟蹤粒子群，跟蹤目標集為Taxe中的每個目標狀態估計更新為最終獲得k時刻的跟蹤目標集Taxe，跟蹤目標數目為Tm；

步驟4、對k時刻新目標進行探測，產生探測粒子群用于探測新目標，探測到的新目標輸入到檢測目標集Daxe中獲得檢測目標集和檢測目標粒子群其中h為檢測目標集中的第h個目標，具體是：

步驟4.1、令Dm＝0；Dm為檢測目標集中的目標個數；

步驟4.2、探測粒子群中每個粒子進行狀態轉移，獲得每個粒子的狀態變量為和存在變量E_h,j，其中x_h,j,y_h,j為粒子的x,y方向的位置，為粒子x,y方向的速度；

步驟4.3、計算探測粒子群中各雷達下粒子權重

步驟4.3.1、令j＝1，r＝1，i＝1；

步驟4.3.2、計算第j個粒子與檢測目標集Daxe和跟蹤目標集Taxe合并集中目標i之間的距離見公式(11)；若則第j個粒子權重置為1，轉入步驟4.3.6，否則進入步驟4.3.3；

x_h,j,y_h,j為探測粒子的x,y方向的位置，x_i,k,y_i,k為檢測目標集和跟蹤目標集的并集中目標i的x,y方向的位置；

步驟4.3.3、若iTm+Dm，則i＝i+1并進入步驟4.3.2，否則進入步驟4.3.4；

步驟4.3.4、計算第j個粒子基于第r個雷達的距離、多普勒以及方位值：

x_r,y_r分別代表第r個雷達在x，y上的位置，分別代表第j個粒子基于第r個雷達量測的距離、多普勒以及方位值；

步驟4.3.5、計算第j個粒子基于第r個雷達量測的權重

其中表示第j個粒子對應第r個雷達的權重，(m,n,p,k)為粒子的值在此雷達量測空間中的單元位置，σ_n代表標準差，R(m)表示目標處于第r個雷達量測單元對應的距離，D(n)表示目標處于第r個雷達量測單元對應的多普勒，B(p)表示目標處于第r個雷達量測單元對應的方位值，A_r,k表示第r個傳感器對應單元復幅度；

步驟4.3.6、若jN，則j＝j+1并進入步驟4.3.2，否則進入步驟4.3.7；

步驟4.3.7、若rR，則令j＝1，r＝r+1并轉到步驟4.3.2；

步驟4.3.8、對第r個雷達下的粒子群權重進行歸一化，見式(7)：

步驟4.3.9、計算k時刻第j個粒子融合后的權重：

步驟4.4、采用系統重采樣方法對粒子群進行重采樣；

步驟4.5、根據公式(10)計算探測粒子的檢測概率pb，判斷pb是否小于發現目標閾值Myu，若是，則轉到步驟5，否則，認為探測到新目標，計算該目標的狀態估計進入步驟4.6；

步驟4.6、判斷k時刻的檢測目標集Daxe和跟蹤目標集Taxe是否為空，若是，則轉到步驟5，否則，繼續判斷該新目標是否為k時刻的跟蹤目標集Taxe中已發現的目標或是檢測目標集Daxe中已檢測到的目標，具體是：

步驟4.6.1、令i＝1；

步驟4.6.2、計算新目標與檢測目標集和跟蹤目標集中的并集中目標i的距離見式(12)，判斷dis_i,k是否小于驗證目標閾值Mk，若是則認為不是新目標，跳轉到步驟4.2，重新生成探測粒子群對新目標進行探測，否則進入步驟4.6.3；

其中{x_i,k，y_i,k}為檢測目標集和跟蹤目標集中的并集中目標i的x,y方向的位置，{x^D，y^D}分別表示新目標的x,y方向的位置；

步驟4.6.3、若iTm+Dm，則i＝i+1并進入步驟4.6.2，否則進入步驟4.6.4；

步驟4.6.4新目標獲得檢測粒子群將新目標輸入到檢測目標集中，并設新目標n_i＝1，Dm＝Dm+1，轉步驟4.2，循環，直到檢測不到新生目標，輸出檢測目標集；

步驟5、將新目標加入k時刻跟蹤目標集Taxe，得到更新后的k時刻跟蹤目標集Taxe＝{f_1,k,f_2,k,...f_Tm+Dm}，檢測粒子群更新為跟蹤粒子群P_i,k。