[發(fā)明專(zhuān)利]一種自動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211059934.3
• 申請(qǐng)日: 2022-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115420293A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔亞奇;熊偉;修建娟;于藝偉;夏沭濤;宋杰;王海鵬;顧祥歧;朱洪峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍航空大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01C21/20
• 分類(lèi)號(hào): G01C21/20;G01S13/66;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 煙臺(tái)上禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37234
• 代理人: 趙加鑫

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種自動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法及裝置，目標(biāo)跟蹤方法由目標(biāo)錄取方法f_A、跟蹤網(wǎng)絡(luò)f_T，網(wǎng)絡(luò)輸入生成方法f_I和網(wǎng)絡(luò)輸出轉(zhuǎn)換方法f_O聯(lián)合構(gòu)成，其中目標(biāo)錄取方法f_A利用多個(gè)時(shí)刻的量測(cè)信息，通過(guò)航跡起始，得到跟蹤目標(biāo)的初始狀態(tài)信息，并對(duì)需要跟蹤的目標(biāo)在不同跟蹤通道中分別啟動(dòng)跟蹤網(wǎng)絡(luò)f_T，之后，利用當(dāng)前時(shí)刻量測(cè)信息和目標(biāo)歷史狀態(tài)信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸入生成方法f_I，得到跟蹤網(wǎng)絡(luò)f_T輸入，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理，得到網(wǎng)絡(luò)輸出，并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出轉(zhuǎn)換方法f_O正向轉(zhuǎn)換，得到跟蹤目標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤。本發(fā)明實(shí)施例可有效平衡目標(biāo)跟蹤中的矛盾問(wèn)題，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的連續(xù)、準(zhǔn)確和穩(wěn)定跟蹤。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及目標(biāo)跟蹤技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及一種自動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法及裝置，適用于雷達(dá)、光學(xué)、紅外等預(yù)警探測(cè)設(shè)備中的單目標(biāo)或多目標(biāo)跟蹤問(wèn)題。

背景技術(shù)

目標(biāo)探測(cè)是利用雷達(dá)、光學(xué)、紅外等預(yù)警探測(cè)設(shè)備，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、定位和跟蹤的技術(shù)活動(dòng)，其結(jié)果可作為屬性識(shí)別、威脅評(píng)估和作戰(zhàn)決策等進(jìn)一步高層次處理的輸入和依據(jù)。目標(biāo)跟蹤是目標(biāo)探測(cè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，其目的是把源于同一目標(biāo)的不同時(shí)刻探測(cè)信息分別連接起來(lái)，通過(guò)濾波估計(jì)，形成具有同一身份標(biāo)示的時(shí)序目標(biāo)狀態(tài)信息，即目標(biāo)航跡，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)個(gè)體實(shí)時(shí)、連續(xù)、準(zhǔn)確掌握。目標(biāo)跟蹤的輸入是不同時(shí)刻目標(biāo)探測(cè)數(shù)據(jù)，目標(biāo)跟蹤的輸出是多條目標(biāo)航跡，分別對(duì)應(yīng)實(shí)際環(huán)境中的不同目標(biāo)，每條航跡由多個(gè)不同時(shí)刻目標(biāo)狀態(tài)信息構(gòu)成，具有唯一的身份標(biāo)示，在實(shí)際跟蹤中，一般采用固定長(zhǎng)度的數(shù)字串進(jìn)行航跡身份標(biāo)示，也稱(chēng)為航跡批號(hào)。

目標(biāo)跟蹤技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，在空中交通管制、海上航行、海上監(jiān)視和軍用防空預(yù)警等多個(gè)領(lǐng)域都有重要應(yīng)用。以海上航行為例，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)自動(dòng)跟蹤、回波計(jì)算顯示以及碰撞預(yù)測(cè)與避讓的專(zhuān)用設(shè)備稱(chēng)為自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀(Automatic Radar Plotting Aid,ARPA)。國(guó)際海事組織(IMO)對(duì)ARPA的要求是：“觀(guān)察者能夠自動(dòng)獲得待標(biāo)繪目標(biāo)的信息，從而減少他們的工作量，這樣他們就能夠如同用手動(dòng)標(biāo)繪單個(gè)目標(biāo)那樣完成幾個(gè)單獨(dú)目標(biāo)的標(biāo)繪”。IMO在2004年12月6日通過(guò)的MSC.192(79)決議案中，取消了專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)ARPA的表述，取而代之的是自動(dòng)“目標(biāo)跟蹤”(Target Tracking)，它包括目標(biāo)錄取和跟蹤濾波兩個(gè)階段。其中目標(biāo)錄取描述目標(biāo)跟蹤過(guò)程由此開(kāi)始，可以是手動(dòng)的，也可以是自動(dòng)的，當(dāng)目標(biāo)被錄取后，啟動(dòng)與目標(biāo)相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和跟蹤。而跟蹤濾波一旦被啟動(dòng)，目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)將連續(xù)跟隨目標(biāo)，直到取消跟蹤或該目標(biāo)已“丟失”。目標(biāo)跟蹤主要通過(guò)航跡互聯(lián)和航跡濾波兩大技術(shù)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，技術(shù)要點(diǎn)為：航跡互聯(lián)的核心在于互聯(lián)波門(mén)的選擇，太大的波門(mén)，將會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的雜波點(diǎn)進(jìn)入，易導(dǎo)致互聯(lián)錯(cuò)誤，而太小的波門(mén)，將會(huì)使?jié)M足要求的互聯(lián)點(diǎn)減少，易導(dǎo)致互聯(lián)失敗，當(dāng)目標(biāo)首次被捕獲時(shí)，因?yàn)椴荒艽_定目標(biāo)將向什么方向運(yùn)動(dòng)，必須設(shè)置一個(gè)較大的波門(mén)；跟蹤精度的提升主要是通過(guò)目標(biāo)量測(cè)點(diǎn)積累和航跡濾波來(lái)實(shí)現(xiàn)的，大量連續(xù)的量測(cè)才能提高目標(biāo)位置、航速和航向精確，然而如果實(shí)現(xiàn)平滑的時(shí)間太長(zhǎng)，自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)對(duì)航跡的變化將變得不靈敏，其結(jié)果是小的機(jī)動(dòng)可能檢測(cè)不出來(lái)，而且在大的機(jī)動(dòng)變得明顯之前，將有很長(zhǎng)的延遲，另一方面，如果實(shí)現(xiàn)平滑的時(shí)間很短，輸出的數(shù)據(jù)將波動(dòng)不定，顯然，航跡濾波算法需要綜合考慮平滑量和平滑時(shí)間，需要綜合協(xié)調(diào)目標(biāo)機(jī)動(dòng)的靈敏度和數(shù)據(jù)穩(wěn)定兩方面。在MSC.192(79)決議案中，IMO對(duì)于目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)主要技術(shù)要求有：①無(wú)論是手動(dòng)錄取還是自動(dòng)錄取，簡(jiǎn)易目標(biāo)跟蹤裝置至少應(yīng)有20～30個(gè)跟蹤通道，完整的裝置至少應(yīng)有40個(gè)跟蹤通道；②當(dāng)一個(gè)目標(biāo)已被錄取后，目標(biāo)跟蹤裝置應(yīng)能在1分鐘內(nèi)顯示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，圓定位精度達(dá)到1海里，3分鐘內(nèi)給出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)，圓定位精度達(dá)到0.3海里；③自始至終應(yīng)能自動(dòng)地跟蹤目標(biāo)，并實(shí)時(shí)更新所有錄取目標(biāo)的位置、航速、航向等信息；④如果在10次天線(xiàn)掃描中，顯示器上有5次目標(biāo)清晰顯示，或者按比例等量顯示，目標(biāo)跟蹤裝置應(yīng)能對(duì)此類(lèi)目標(biāo)連續(xù)地、不間斷地進(jìn)行跟蹤；⑤目標(biāo)跟蹤裝置應(yīng)具備濾波功能，能對(duì)雷達(dá)量測(cè)進(jìn)行平滑，得到穩(wěn)定的目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)，即得到更加精確的目標(biāo)位置、航速和航向數(shù)據(jù)，同時(shí)目標(biāo)跟蹤設(shè)備還應(yīng)具備目標(biāo)機(jī)動(dòng)檢測(cè)功能，能及時(shí)、盡早檢測(cè)到目標(biāo)中的機(jī)動(dòng)；⑥目標(biāo)跟蹤裝置應(yīng)盡可能減少錯(cuò)誤跟蹤的概率，當(dāng)中包括目標(biāo)航跡交叉交換的概率。