[發明專利]一種考慮輸入噪聲的高斯過程擴展目標跟蹤方法

在審

• 申請號: 202011409544.5
• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112731370A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 任磊;郭云飛
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S13/66
• 分類號: G01S13/66;G01S7/41
• 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

本發明公開了一種考慮輸入噪聲的高斯過程擴展目標跟蹤方法，本發明先利用測量噪聲的協方差與參考點估計協方差對輸入的噪聲進行建模，對高斯過程的輸出進行泰勒展開，使用高斯近似法對高斯過程的輸出進行修正，將高斯過程與濾波器結合，對目標狀態進行預測更新。本發明可以對目標的擴展狀態和運動狀態進行同時估計，該方法通過仿真進行了驗證。在更為復雜的電磁環境下，也能得到相比于傳統基于高斯過程的擴展目標跟蹤更精確的輪廓估計效果。

技術領域

本發明屬于目標檢測跟蹤技術領域，涉及一種基于高斯過程的擴展目標跟蹤方法(Gaussian Process Extended Target Tracking,GP_ETT)。

背景技術

擴展目標跟蹤(Extended Target Tracking,ETT)技術是指隨著高分辨力傳感器技術的快速發展，在單幀內，運動目標上多個觀測點可提供多個測量，稱為擴展目標，通過高分辨力傳感器接收的多個測量，可對擴展目標的擴展狀態，如形狀，大小進行跟蹤估計。相比與傳統的點目標跟蹤只能對目標的運動狀態進行估計。擴展目標跟蹤能夠提供更豐富精確的目標信息，有利于目標的識別和跟蹤。在軍事和民用領域具有廣闊的應用前景。

傳統的以高斯過程為模型的擴展目標跟蹤大多采用星凸模型，以輪廓上的點和參考點之間的連線和水平方向的夾角作為高斯過程的輸入，該輸入由測量與參考點的估計位置直接確定。之前大多數研究都將輸入假設為一個精確的輸入。但在實際應用中，測量和參考點的估計位置都含有誤差，在較為惡劣的環境中，這種誤差往往是不可避免的。本發明提出了一種考慮輸入噪聲的高斯過程的擴展目標跟蹤(Noise Input Gaussian ProcessExtended Target Tracking,NIGP-ETT)。該發明對高斯過程輸入的噪聲進行建模，并通過高斯近似法對高斯過程的輸出進行修正，在復雜電磁環境下，提高了擴展目標輪廓的估計精度。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出了一種基于噪聲輸入高斯過程的擴展目標跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟(1):首先根據誤差傳遞理論，建立關于高斯輸入的噪聲分布；

步驟(2):根據所求的高斯過程輸入的噪聲分布υ_k，推導出相應的高斯過程輸出；使用高斯近似法對高斯過程的輸出進行估計；

高斯近似法通過對高斯輸出f(θ)的二階泰勒展開式來估計輸出的均值和協方差；

擴展目標輪廓狀態的高斯過程模型f(θ)寫為

其中GP(.)表示高斯過程，σ_r表示高斯過程的超參數，k(θ,θ')表示高斯過程的核函數，θ表示高斯過程的訓練輸入，其對應的訓練輸出為y；

在高斯過程中，考慮到高斯過程輸入的不確定性，對高斯過程輸出的均值和協方差函數進行修正，改編后的輸出與輸入公式寫為：

其中Tr為求矩陣的跡，Σ表示輸入噪聲協方差，μ_GP(θ)和ν_GP(θ)分別代表傳統的高斯過程輸出的均值和協方差函數；μ_GP″(θ)為該函數的二階導數；μ_GP(θ)和ν_GP(θ)表達式為：

μ_GP(θ)＝k(θ,θ')^Τk(θ',θ')^-1y (5)

ν_GP(θ)＝k(θ,θ)-k(θ,θ')^Τk(θ',θ')^-1k(θ,θ') (6)