异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法技术方案

本发明专利技术属于信号处理技术领域，公开了异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法。该方法首先建立异步动平台多基地传感器系统，然后建立传感器对目标的观测模型和目标及传感器的运动模型，对于异步动平台多基地传感器系统中每个传感器，都结合从跟踪器得到的先验信息，指导其设置自身的检测门限，从而提升目标检测概率，进而提升异步动平台多基地传感器系统的目标跟踪性能。

【技术实现步骤摘要】
异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法
本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法，可用于实现异步动平台多基地传感器系统对目标的检测跟踪联合处理，能够提高目标的跟踪精度。
技术介绍
目标跟踪在传感器及声呐系统的很多应用中扮演着重要的角色，在战场监控、空防、空中交通管制和火控等方面同样起着重要作用。近年来，随着科学技术与武器装备的发展，单个传感器已难以应对越来越复杂的作战环境，使用多基地传感器系统可有效弥补单站传感器对目标检测跟踪的不足。目前，在多基地传感器数据融合理论中，研究较多的是平台固定的同步多基地传感器系统目标检测跟踪问题。然而，实际中更多情况下平台是运动的以及由于各部传感器可能具有不同的采样频率，预处理时间和传输时延等，经常遇到异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪问题，因此需要研究异步动平台多基地传感器系统的目标检测跟踪问题。从目标跟踪角度来看，传统的检测跟踪方法中，检测和跟踪的过程独立分开处理，传感器首先设置固定的检测门限，然后对目标进行检测，若被检测的点迹信息超过设置的门限则被发送到跟踪器，由跟踪器进行数据关联和融合以完成跟踪。专利技术人发现，若能将跟踪器的输出信息作为下一时刻的先验信息反馈至传感器，传感器根据反馈信息设置波门内检测门限，则更多的被用于检测与跟踪，系统的检测跟踪能力也会得到提升。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法，能够提升异步动平台多基地传感器系统对目标的检测跟踪性能。本专利技术的基本思路为：首先建立建立异步动平台多基地传感器系统，然后建立传感器对目标的观测模型和目标及传感器的运动模型；异步动平台多基地传感器系统中每个传感器都结合从跟踪器得到的先验信息，指导其设置自身的检测门限，从而提升目标检测概率，进而提升异步动平台多基地传感器系统的目标跟踪性能。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：提供一种异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法，所述系统包含N个传感器和1个跟踪器，所述N个传感器的探测区域内存在目标；所述N个传感器向其探测区域发射信号并接收回波数据，将接收到的回波数据发送至跟踪器进行融合处理，N为大于0的正整数；所述方法包括：步骤1，初始化：令k表示第k时刻，k∈{1,2,…,K}，k的初始值为1，K为预先设定的最大跟踪时刻；令r表示第r个传感器，r∈{1,2,…,N}，r的初始值为1；步骤2，建立第k时刻所述系统中第r个传感器的量测模型；步骤3，设定所述系统中目标运动方式为匀速直线运动，并建立第k时刻目标的运动模型；步骤4，设定所述系统中各传感器运动方式为匀速直线运动，并建立第k时刻第r个传感器的运动模型；步骤5，将第k时刻所述目标运动状态和各传感器的运动状态作为待估计状态，并将第k时刻所述目标运动状态和传感器运动状态合并为一个运动状态作为第k时刻待估计状态xk；步骤6，确定第k时刻异步动平台多基地传感器系统中第r个传感器的检测门限集合；步骤7，根据第k时刻所述第r个传感器的检测门限集合，确定第k时刻异步动平台多基地传感器系统中第r个传感器的有效量测值；步骤8，根据第k时刻跟踪器得到的所有有效量测值，估计第k时刻待估计状态xk，进而根据第k时刻待估计状态xk计算得到估计值xk|k和待估计状态估计值的协方差矩阵Ck|k；步骤9，若k未达到预先设定的最大跟踪时刻K，则令k加1，并重复执行步骤2至步骤8；若k达到预先设定的最大跟踪时刻K，则停止重复执行过程，此时得到第1时刻待估计状态估计值x1|1至第K时刻待估计状态估计值xK|K，以及第1时刻待估计状态估计值的协方差矩阵C1|1至第K时刻待估计状态估计值的协方差矩阵CK|K。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：第一，由于本专利技术将目标运动状态和各传感器运动状态联合在一起作为待估计状态，而现有技术的算法是以传感器位置固定为前提，故克服了现有技术无法处理传感器运动偏差的问题，使得概率互联算法扩展到动平台多基地传感器系统中。第二，由于本专利技术的公式是在多基地传感器系统异步观测条件下对目标进行的推导，所以可以用于异步组网传感器系统对目标的跟踪。第三，由于本专利技术通过将传感器当前的待估计状态估计值反馈到融合中心，并计算传感器目标检测的恒虚警检测门限值，克服了现有技术因检测和跟踪过程分离从而无法根据目标位置来自适应调整跟踪波门内各检测单元门限的困难，使得本专利技术设计在波门内平均虚警率恒定的前提下，提高了异步动平台多基地传感器系统的平均检测概率并改进了系统的跟踪性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法的流程示意图；图2为异步动平台多基地传感器系统中的传感器与目标运动示意图；图2中黑线虚线表示传感器运动轨迹，红色虚线表示目标运动的轨迹，箭头表示目标运动方向；图3为三种情况下采用本专利技术实施例提供的方法进行目标检测的检测概率的对比曲线；图4为三种情况下对目标跟踪误差对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1所示为本专利技术实施例提供的一种异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法的流程示意图。其中，所述系统包含N个传感器和1个跟踪器，N个传感器的探测区域内存在目标；N个传感器向其探测区域发射信号并接收回波数据，将接收到的回波数据发送至跟踪器进行融合处理，N为大于0的正整数。参见图1，本专利技术实施例提供的目标检测跟踪联合估计方法，包括以下步骤：步骤1，初始化：令k表示第k时刻，k∈{1,2,…,K}，k的初始值为1，K为预先设定的最大跟踪时刻；令r表示第r个传感器，r∈{1,2,…,N}，r的初始值为1，N为预先设定的传感器的总数。具体地，确定目标在初始时刻即0时刻的位置，以该位置为原点O，正东方向为X轴正方向，正北方向为Y轴正方向，建立平面直角坐标系。令k表示第k时刻，k∈{1,2,…,K}，K为预先设定的最大跟踪时刻，K为大于0的正整数，本实施例K取值为22；令r表示第r个传感器，r∈{1,2,…,N}，N为预先设定的传感器总数，本实施例N取值为6；设定异步动平台多基地传感器系统，在时刻k所述异步动平台多基地传感器系统中包含N个传感器和一个跟踪器，并设定异步动平台多基地传感器系统中N个传感器的探测区域内存在一个目标。N个传感器向其探测区域内发射信号并接收经目标反射后的回波信号；初始化：将0时刻的目标状态向量预测协方差矩阵矩阵记为为设定的维对角阵，为大于0的正整数，本实施例中取值为4；其中第k时刻目标状态包括目标在X轴方向的坐标值、在X轴方向的速度、在Y轴方向的坐标值和在Y轴方向的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法，其特征在于，所述系统包含N个传感器和1个跟踪器，所述N个传感器的探测区域内存在目标；所述N个传感器向其探测区域发射信号并接收回波数据，将接收到的回波数据发送至所述跟踪器进行融合处理，N为大于0的正整数；所述方法包括：步骤1，初始化：令k表示第k时刻，k∈{1,2,…,K}，k的初始值为1，K为预先设定的最大跟踪时刻；令r表示第r个传感器，r∈{1,2,…,N}，r的初始值为1；步骤2，建立第k时刻所述系统中第r个传感器的量测模型；步骤3，设定所述系统中目标运动方式为匀速直线运动，并建立第k时刻目标的运动模型；步骤4，设定所述系统中各传感器运动方式为匀速直线运动，并建立第k时刻第r个传感器的运动模型；步骤5，将第k时刻所述目标运动状态和各传感器的运动状态作为待估计状态，并将第k时刻所述目标运动状态和传感器运动状态合并为一个运动状态作为第k时刻待估计状态xk；步骤6，确定第k时刻所述第r个传感器的检测门限集合；步骤7，根据第k时刻所述第r个传感器的检测门限集合，确定第k时刻所述第r个传感器的有效量测值；步骤8，根据第k时刻跟踪器得到的所有有效量测值，估计第k时刻待估计状态xk，进而根据第k时刻待估计状态xk计算得到估计值xk|k和待估计状态估计值的协方差矩阵Ck|k；步骤9，若k未达到预先设定的最大跟踪时刻K，则令k加1，并重复执行步骤2至步骤8；若k达到预先设定的最大跟踪时刻K，则停止重复执行过程，此时得到第1时刻待估计状态估计值x1|1至第K时刻待估计状态估计值xK|K，以及第1时刻待估计状态估计值的协方差矩阵C1|1至第K时刻待估计状态估计值的协方差矩阵CK|K。...

【技术特征摘要】
1.一种异步动平台多基地传感器系统目标检测跟踪联合估计方法，其特征在于，所述系统包含N个传感器和1个跟踪器，所述N个传感器的探测区域内存在目标；所述N个传感器向其探测区域发射信号并接收回波数据，将接收到的回波数据发送至所述跟踪器进行融合处理，N为大于0的正整数；所述方法包括：步骤1，初始化：令k表示第k时刻，k∈{1,2,…,K}，k的初始值为1，K为预先设定的最大跟踪时刻；令r表示第r个传感器，r∈{1,2,…,N}，r的初始值为1；步骤2，建立第k时刻所述系统中第r个传感器的量测模型；步骤3，设定所述系统中目标运动方式为匀速直线运动，并建立第k时刻目标的运动模型；步骤4，设定所述系统中各传感器运动方式为匀速直线运动，并建立第k时刻第r个传感器的运动模型；步骤5，将第k时刻所述目标运动状态和各传感器的运动状态作为待估计状态，并将第k时刻所述目标运动状态和传感器运动状态合并为一个运动状态作为第k时刻待估计状态xk；步骤6，确定第k时刻所述第r个传感器的检测门限集合；步骤7，根据第k时刻所述第r个传感器的检测门限集合，确定第k时刻所述第r个传感器的有效量测值；步骤8，根据第k时刻跟踪器得到的所有有效量测值，估计第k时刻待估计状态xk，进而根据第k时刻待估计状态xk计算得到估计值xk|k和待估计状态估计值的协方差矩阵Ck|k；步骤9，若k未达到预先设定的最大跟踪时刻K，则令k加1，并重复执行步骤2至步骤8；若k达到预先设定的最大跟踪时刻K，则停止重复执行过程，此时得到第1时刻待估计状态估计值x1|1至第K时刻待估计状态估计值xK|K，以及第1时刻待估计状态估计值的协方差矩阵C1|1至第K时刻待估计状态估计值的协方差矩阵CK|K。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2中，所述量测模型为：其中，表示第k时刻异步动平台多基地传感器系统中第r个传感器对目标量测得到过门限值的第j个含噪声的量测值，r∈Uk，∈表示属于，Uk表示第k时刻对目标观测的传感器标号集合，hr,k(xk)表示第k时刻异步动平台多基地传感器系统中第r个传感器对待估计状态xk的非线性量测函数值，wr,k表示第k时刻异步动平台多基地传感器系统中第r个传感器的量测噪声，vr,k表示在第k个时刻异步动平台多基地传感器系统中第r个传感器相关波门内服从均匀分布的虚假量测值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述第k时刻目标的运动模型为：其中，ξk表示第k时刻目标的运动状态，ξk＝[ξxk,vxk,ξyk,vyk]T，其中ξxk表示第k时刻目标在X轴方向的位置，ξyk表示第k时刻目标在Y轴方向的位置，(ξxk,ξyk)表示目标在第k时刻的位置；vxk表示第k时刻目标在X轴方向上的速度，vyk表示第k时刻目标在Y轴方向上的速度，(vxk,vyk)表示目标在第k时刻的速度；上标T表示向量或者矩阵的转置操作；表示匀速直线运动情况下第k-1时刻目标状态的转移矩阵，上标t表示目标，ξk-1表示第k-1时刻目标的运动状态，表示第k-1时刻目标运动过程噪声。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述第k时刻第r个传感器的运动模型为：xr,k＝Frxr,k-1+ur,k-1，其中，xr,k表示第k时刻传感器r的运动状态，xr,k＝[xr,k,vr,xk,yr,k,vr,yk]T，其中，xr,k表示第k时刻第r个传感器在X轴方向上的位置，yr,k表示第k时刻第r个传感器在Y轴方向上的位置，(xr,k,yr,k)表示第k时刻第r个传感器的位置；vr,xk表示第k时刻第r个传感器在X轴方向上的速度，vr,yk表示第k时刻第r个传感器在Y轴方向上的速度，(vr,xk,vr,yk)表示第k时刻第r个传感器的速度；上标T表示矩阵或者向量的转置；Fr表示匀速直线运动情况下传感器运动状态转移矩阵，xr,k-1表示k-1时刻传感器r的状态，ur,k-1表示第k-1时刻传感器r的运动过程噪声。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤5中，所述第k时刻待估计状态xk的表达式为：其中，ξkT表示第k时刻目标运动状态的转置，表示第k时刻第r个传感器运动状态的转置；下标nk表示第k时刻对目标进行观测的传感器站个数，下标(4+4nk)×1表示第k时刻待估计状态xk的维度；F表示目标运动状态转移矩阵和传感器运动状态的转移矩阵的联合矩阵。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤6具体包括以下步骤：(6a)根据第k-1时刻的待估计状态估计值，计算待估计状态在第k时刻的预测状态xk|k-1；以及，计算第k时刻待估计状态...

【专利技术属性】
技术研发人员：严俊坤，王颖萍，戴金辉，刘宏伟，周生华，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61