一种调整网格间距的改进AGIMM跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种调整网格间距的改进AGIMM跟踪方法，思路为：确定雷达，所述雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测；建立雷达直角坐标系和雷达极坐标系，确定在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值，分别得到雷达对目标的初始状态向量

【技术实现步骤摘要】
一种调整网格间距的改进AGIMM跟踪方法
本专利技术属于机动目标跟踪领域，特别涉及一种调整网格间距的改进AGIMM跟踪方法，即一种调整网格间距的改进自适应网格交互多模型跟踪方法，适用于通过机动判别调整网格间距以及搜索相对最佳的角速度自适应跟踪高速大机动目标，以取得很好地跟踪滤波效果。
技术介绍
一直以来，目标跟踪在军事上都是重点研究领域，而对高速大机动目标跟踪则是重点研究中的难点；高速大机动目标因其速度大、机动迅速且难以预测的特点使得跟踪滤波建模有很大的难度。针对目标的机动性，学者们提出了一些机动模型，在一定程度上提高了机动目标的跟踪精度，但仍然无法很好的适应强机动目标的跟踪；而交互多模型的提出则解决了单模型跟踪适应性差的问题，具有很好的鲁棒特性；研究人员也相继在交互多模型的基础上提出了一系列的改进算法，主要改进方向是模型集的选择、模型概率的计算以及跟踪滤波算法的改进等。目前根据交互多模型算法结合图论思想的自适应网格交互多模型(AGIMM)算法是最有效的跟踪算法之一，AGIMM算法主要的特点是将有不同转弯速率的转弯模型作为跟踪的模型集，借鉴图论的思想自适应更新转弯速率使模型集一直处于动态更新中，相对于模型固定的交互多模型算法，具有更好的自适应能力；但是同样地，AGIMM算法存在着模型网格间距不能自适应调整以及角速度估计速度慢的问题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提出一种调整网格间距的改进AGIMM方法，该种调整网格间距的改进AGIMM方法是一种根据残差信息进行机动判别进而自适应调整网格间距的改进AGIMM方法，并且在非机动时刻利用一维搜索的思想搜索最佳角速度以适应真实角速度，不仅能够改善对机动时刻的自适应能力，而且也能够提高对非机动时刻的跟踪精度和对角速度的估计速度。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案予以实现。一种调整网格间距的改进AGIMM方法，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，所述雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测；建立雷达直角坐标系和雷达极坐标系，确定在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值，分别得到雷达对目标的初始状态向量以及雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0；分别确定交互模型集及交互模型集初始值，交互模型集包括L个机动转弯子模型步骤2，初始化：令k′表示k'采样时刻，k′＝3～N，k'的初始值为3；根据雷达对目标的初始状态向量以及雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0确定交互模型集的卡尔曼滤波初始值；步骤3，根据k'-1采样时刻交互模型集的卡尔曼滤波值，计算k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息值Vj(k')和k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息协方差矩阵Sj(k')，以及k'采样时刻第j个机动转弯子模型的状态向量滤波输出值和k'采样时刻第j个机动转弯子模型的误差协方差滤波输出值Pj(k'|k')；j＝1,2,…,L；步骤4，根据k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息值Vj(k')、k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息协方差矩阵Sj(k')，计算得到k'采样时刻交互模型集概率pk'；步骤5，根据k'采样时刻交互模型集概率pk'，分别计算得到k'采样时刻第1个机动转弯子模型的转弯角速度ω1(k')、k'采样时刻第2个机动转弯子模型的转弯角速度ω2(k')和k'采样时刻第3个机动转弯子模型的转弯角速度ω3(k')；步骤6，令k'加1，重复执行步骤3至步骤5，直到得到3采样时刻第j个机动转弯子模型的状态向量滤波输出值至N采样时刻第j个机动转弯子模型的状态向量滤波输出值和3采样时刻第j个机动转弯子模型的误差协方差滤波输出值Pj(3|3)至N采样时刻第j个机动转弯子模型的误差协方差滤波输出值Pj(N|N)，并记为一种调整网格间距的改进AGIMM跟踪结果。本专利技术与现有技术相比主要优点体现在两方面：(1)解决了模型网格间距不能自适应调整的缺点，能让模型根据目标机动大小实时地在线调整网格间距，增强了对目标机动变化的适应性，提高了对机动时刻的跟踪性能。(2)在非机动时刻，利用一维搜索的思想使模型集向最佳角速度的方向收敛，加快了对角速度的估计，提高了非机动时刻的跟踪精度。附图说明下面结合附图说明和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的一种调整网格间距的改进AGIMM方法流程图；图2是建立的雷达直角坐标系和雷达极坐标系示意图；图3是目标为转弯机动，设置量测噪声1时，使用AGIMM算法和本专利技术方法的距离RMSE对比图；图4是目标为转弯机动，设置量测噪声1时，使用AGIMM算法和本专利技术方法的速度RMSE对比图；图5a是目标为转弯机动，设置量测噪声1时，使用AGIMM算法对应的角速度变化图；图5b是目标为转弯机动，设置量测噪声1时，使用本专利技术方法对应的角速度变化图；图6是目标为转弯机动，设置量测噪声2时，使用AGIMM算法和本专利技术方法的距离RMSE对比图；图7是目标为转弯机动，设置量测噪声2时，使用AGIMM算法和本专利技术方法的速度RMSE对比图；图8是目标为临近空间飞行器，设置初始模型集1时，使用AGIMM算法和本专利技术方法的距离RMSE对比图；图9是目标为临近空间飞行器，设置初始模型集1时，使用AGIMM算法和本专利技术方法的速度RMSE对比图；图10是目标为临近空间飞行器，设置初始模型集1和初始模型集2时，使用AGIMM算法的距离RMSE对比图；图11是目标为临近空间飞行器，设置初始模型集1和初始模型集2时，使用本专利技术方法的距离RMSE对比图；图12a是目标为临近空间飞行器，设置初始模型集2时使用AGIMM算法的角速度变化图；图12b是目标为临近空间飞行器，设置初始模型集2时使用本专利技术方法的角速度变化图。具体实施方式参照图1，本专利技术的一种调整网格间距的改进AGIMM方法流程图；其中所述调整网格间距的改进AGIMM方法，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，所述雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测；建立雷达直角坐标系和雷达极坐标系，确定在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值，分别得到雷达对目标的初始状态向量以及雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0；分别确定交互模型集及交互模型集初始值。步骤1的子步骤为：(1a)确定雷达，所述雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测；将目标所在轨迹中的任意一点记为点目标P，然后以雷达所在中心位置为原点o、以雷达所指正东方向为x轴、以雷达所指正北方向为y轴、根据右手定则确定的z轴建立雷达直角坐标系，其中确定z轴过程为：设定右手的拇指和食指分别指向x轴和y轴，则中指指向为z轴。以雷达所在中心位置为原点o、以点目标P与雷达之间的径向距离为ρ、以点目标P相对于雷达的方位角为θ、以点目标P相对于雷达的俯仰角ε建立雷达极坐标系，其中雷达直角坐标系和雷达极坐标系示意图如图2所示。(1b)雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测，通过雷达传感器可以获得目标在雷达极坐标系(ρ-θ-ε)下的量测信息，ρ表示点目标P与雷达之间的径向距离，θ表示点目标P相对于雷达的方位角，ε表示点目标P相对于雷达的俯仰角。然后将雷达极坐标系下的量测值转换为雷达直角坐标系(x-y-z)下的量测值，假设雷达扫描周期为T'，雷达对目标总的探测时长为t，则相当于雷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调整网格间距的改进AGIMM方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，所述雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测；建立雷达直角坐标系和雷达极坐标系，确定在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值，分别得到雷达对目标的初始状态向量

【技术特征摘要】
1.一种调整网格间距的改进AGIMM方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定雷达，所述雷达扫描范围内存在目标，雷达对目标进行扫描探测；建立雷达直角坐标系和雷达极坐标系，确定在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值，分别得到雷达对目标的初始状态向量以及雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0；分别确定交互模型集及交互模型集初始值，交互模型集包括L个机动转弯子模型；步骤2，初始化：令k′表示k'采样时刻，k′＝3～N，k'的初始值为3；根据雷达对目标的初始状态向量以及雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0确定交互模型集的卡尔曼滤波初始值；步骤3，根据k'-1采样时刻交互模型集的卡尔曼滤波值，计算k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息值Vj(k')和k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息协方差矩阵Sj(k')，以及k'采样时刻第j个机动转弯子模型的状态向量滤波输出值和k'采样时刻第j个机动转弯子模型的误差协方差滤波输出值Pj(k'|k')；j＝1,2,…,L；步骤4，根据k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息值Vj(k')、k'采样时刻第j个机动转弯子模型的新息协方差矩阵Sj(k')，计算得到k'采样时刻交互模型集概率pk'；步骤5，根据k'采样时刻交互模型集概率pk'，分别计算得到k'采样时刻第1个机动转弯子模型的转弯角速度ω1(k')、k'采样时刻第2个机动转弯子模型的转弯角速度ω2(k')和k'采样时刻第3个机动转弯子模型的转弯角速度ω3(k')；步骤6，令k'加1，重复执行步骤3至步骤5，直到得到3采样时刻第j个机动转弯子模型的状态向量滤波输出值至N采样时刻第j个机动转弯子模型的状态向量滤波输出值和3采样时刻第j个机动转弯子模型的误差协方差滤波输出值Pj(3|3)至N采样时刻第j个机动转弯子模型的误差协方差滤波输出值Pj(N|N)，并记为一种调整网格间距的改进AGIMM跟踪结果。2.如权利要求1所述的一种调整网格间距的改进AGIMM方法，其特征在于，在步骤1中，所述建立雷达直角坐标系和雷达极坐标系，其过程分别为：将目标所在轨迹中的任意一点记为点目标P，然后以雷达所在中心位置为原点o、以雷达所指正东方向为x轴、以雷达所指正北方向为y轴、根据右手定则确定的z轴建立雷达直角坐标系，其中确定z轴过程为：设定右手的拇指和食指分别指向x轴和y轴，则中指指向为z轴；以雷达所在中心位置为原点o、以点目标P与雷达之间的径向距离为ρ、以点目标P相对于雷达的方位角为θ、以点目标P相对于雷达的俯仰角ε建立雷达极坐标系；所述在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值，具体为k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值：Zx(k)＝ρ(k)cosε(k)cosθ(k),Zy(k)＝ρ(k)cosε(k)sinθ(k),Zz(k)＝ρ(k)sinε(k)其中，k＝1,2,…,N，Zx(k)表示k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标x方向的量测值，Zy(k)表示k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标y方向的量测值，Zz(k)表示k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标z方向的量测值，ρ(k)表示k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标径向距离量测值，θ(k)表示k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标方位角量测值，ε(k)表示k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标俯仰角量测值，cos表示余弦函数，sin表示正弦函数。3.如权利要求2所述的一种调整网格间距的改进AGIMM方法，其特征在于，在步骤1中，所述雷达对目标的初始状态向量以及雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0，其得到过程为：(1a)获取k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标径向距离量测值ρ(k)、k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标方位角量测值θ(k)和k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标俯仰角量测值ε(k)，并得到k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测值：Zx(k)＝ρ(k)cosε(k)cosθ(k),Zy(k)＝ρ(k)cosε(k)sinθ(k),Zz(k)＝ρ(k)sinε(k)其中，k＝1,2,…,N，Zx(k)表示k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标x方向的量测值，Zy(k)表示k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标y方向的量测值，Zz(k)表示k采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标z方向的量测值，ρ(k)表示k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标径向距离量测值，θ(k)表示k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标方位角量测值，ε(k)表示k采样时刻在雷达极坐标系下雷达获取的目标俯仰角量测值，cos表示余弦函数，sin表示正弦函数；(1b)计算雷达对目标的初始状态向量其中，Zx(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标x方向的量测值，即2采样时刻目标在雷达直角坐标系下x方向的距离；Zx(1)表示1采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标x方向的量测值；Zy(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标y方向的量测值，即2采样时刻目标在雷达直角坐标系下y方向的距离；Zy(1)表示1采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标y方向的量测值；Zz(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标z方向的量测值，即2采样时刻目标在雷达直角坐标系下z方向的距离；Zz(1)表示1采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标z方向的量测值，T'表示雷达扫描周期，上标T表示转置；(1c)计算2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)，其表达式为：其中，r11(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第1行、第1列元素，r12(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第1行、第2列元素，r13(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第1行、第3列元素，r22(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第2行、第2列元素，r23(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第2行、第3列元素，r33(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第3行、第3列元素，A(2)表示2采样时刻雷达极坐标系到雷达直角坐标系的噪声转换矩阵，表示点目标P与雷达之间的径向距离ρ的量测噪声方差值，表示点目标P相对于雷达的方位角θ的量测噪声方差值，表示点目标P相对于雷达的俯仰角ε的量测噪声方差值，点目标P为雷达扫描范围内目标所在轨迹中的任意一点；(1d)计算雷达对目标的初始误差协方差矩阵P0，其表达式为：其中其中，rij(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标的量测噪声协方差矩阵R(2)中第i行、第j列元素，Pij表示初始误差协方差矩阵P0中第i行、第j列元素，i＝1,2,3，j＝1,2,3；其中，Zx(2)表示2采样时刻在雷达直角坐标系下雷达对目标x方向的量测值，Zx(1)表示1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹运合，潘媚媚，吴春林，卢毅，吴文华，龚作豪，王宇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61