一种基于FDA-MIMO雷达的多目标跟踪方法技术

本发明专利技术涉及一种基于FDA

【技术实现步骤摘要】
一种基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，具体涉及一种基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法。

技术介绍

[0002]多目标跟踪技术(Multi
‑
target tracking,MTT)在军事和民用领域都是一项不可或缺的重要技术。随着技术的快速发展，MTT技术也被广泛的应用于医学、视频跟踪和雷达等各个领域。早期MTT的主要方法为基于数据关联的跟踪方法，但是在虚警目标密集且目标个数未知的情况下，基于数据关联的多目标跟踪方法容易产生“组合爆炸”问题。基于随机有限集(Random finite set,RFS)的多目标跟踪算法则能够有效的避免复杂的数据关联问题。根据近几年学者们的研究,可将RFS框架下的多目标跟踪技术大致分为两种：第一种是通过传递多目标后验概率密度的一阶矩来实现对多目标状态的估计；第二种是将目标状态刻画为多伯努利(Bernoulli)集，通过对多Bernoulli集的后验概率密度进行传递从而实现多目标的状态跟踪。因为第二类滤波器不需要通过聚类的方式提取目标状态，因此它们的跟踪性能不会受到聚类算法的影响，尤其是标签多目标多伯努利滤波，其不仅能够对目标状态进行估计，还可以输出各个目标的航迹。
[0003]不同于相控阵雷达(PA)，频率分集阵列(FDA)雷达在各个发射单元之间引入了一个频率差，使得FDA的发射导向矢量不仅包含了目标的角度信息，而且包含了目标的距离信息，因此FDA雷达的发射方向图不仅与角度有关，而且与距离由关。FDA雷达的这一特性给距离
‑
角度联合估计提供了基础依据。为了更好的实现目标的距离和角度的联合估计，FDA常与多输入多输出(Multiple input multiple output,MIMO)系统相互结合。FDA
‑
MIMO雷达作为一种新体制雷达，目前关于它的研究还多集中于参数估计、杂波抑制和抗干扰等方面，而对于FDA
‑
MIMO体制下的单目标跟踪问题研究较少，对于复杂环境下FDA
‑
MIMO雷达多目标跟踪的研究则处于空白阶段。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，包括步骤：
[0006]S1、建立目标状态演化模型和多目标叠加量测模型；
[0007]S2、将上一时刻的多目标后验概率密度由伯努利参数集表征；
[0008]S3、利用所述目标状态演化模型和所述伯努利参数集预测当前时刻的存活伯努利成分，同时获取所述当前时刻的新生标签伯努利成分；
[0009]S4、结合所述多目标叠加量测模型，利用Music谱和似然函数更新所述存活伯努利成分中的粒子权重和所述新生标签伯努利成分中的粒子权重，得到当前时刻更新后的伯努利成分；
[0010]S5、基于欧式距离，对所述更新后的伯努利成分进行融合，得到当前时刻融合后的伯努利成分和融合后的多目标后验概率密度；
[0011]S6、根据所述融合后的多目标后验概率密度对目标个数进行估计，根据所述融合后的伯努利成分提取目标状态，得到当前时刻的目标状态估计结果，并返回步骤S3，结合所述融合后的伯努利成分估计下一时刻的目标状态。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述多目标叠加量测模型为：
[0013]Y
k
＝[y
11
,
…
,y
1N
,
…
,y
N1
,
…
y
NM
]T
+N
[0014]其中，N为白高斯噪声，y
mn
为由第n个阵元发射，经过目标反射后，由第m个阵元接收的经过匹配滤波后的信号；
[0015][0016]其中，为第i个目标的多普勒频率，N
k
为k时刻的目标个数，ξ
i
为第i个目标复散射系数，j为虚数单位，f
n
为第n个阵元发射信号的频率，r
i
为第i个目标距离，t为时间指标，v
i
为第i个目标的速度，λ0为波长，为由阵元间距引起的发射时延，为由阵元间距引起的接收时延，Δf为频率步进量，n为第n个阵元，f0为参考频率。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述伯努利参数集为：
[0018][0019]其中，为k
‑
1时刻第i个Bernoulli成分的存在概率，N
k
表示k
‑
1时刻的Bernoulli成分总数，k为时间指标，为k
‑
1时刻的空间概率密度；
[0020][0021]其中，表示粒子数，为k
‑
1时刻第i个目标状态，为狄拉克脉冲函数，s表示第s个粒子，为刻画第i个目标的第s个粒子，为对应粒子的权重，为一簇加权粒子。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，所述存活伯努利成分包括第一存在概率、第一空间分布概率密度和第一粒子权重，其中，
[0023]所述第一存在概率为：
[0024][0025]其中，为k
‑
1时刻第i个Bernoulli成分的存在概率，为预测后第i个Bernoulli成分中的粒子个数，lk|k
‑
1,i＝lk
‑
1,i表示预测后对应Bernoulli成分所携带的标签不变，P
S,k
表示粒子存活并转移的概率，表示k
‑
1时刻刻画第i个目标的第s个粒子，为对应粒子的权重；
[0026]所述第一空间分布概率密度为：
[0027][0028]其中，为预测后第i个Bernoulli成分中的粒子数，为归一化的粒子权重，为狄拉克脉冲函数，s指示第s个粒子，S表示存活；
[0029]所述第一粒子权重为：
[0030][0031][0032]其中，为预测后第i个Bernoulli成分中存活的第s个粒子的权重，为粒子数，为粒子权重，为目标状态的转移核，为预测后的粒子状态，为k
‑
1时刻的粒子状态，P
S,k
为粒子存活并转移的概率，S表示存活。
[0033]在本专利技术的一个实施例中，所述新生标签伯努利成分包括第二存在概率、第二空间分布概率密度、第二粒子权重和目标标签，其中，
[0034]所述第二存在概率为先验给定的第j个新生伯努利成分的存在概率；
[0035]所述第二空间分布概率密度为：
[0036][0037]其中，为k时刻新生的第j个Bernoulli成分的空间分布概率密度，为初始化粒子集，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，其特征在于，包括步骤：S1、建立目标状态演化模型和多目标叠加量测模型；S2、将上一时刻的多目标后验概率密度由伯努利参数集表征；S3、利用所述目标状态演化模型和所述伯努利参数集预测当前时刻的存活伯努利成分，同时获取所述当前时刻的新生标签伯努利成分；S4、结合所述多目标叠加量测模型，利用Music谱和似然函数更新所述存活伯努利成分中的粒子权重和所述新生标签伯努利成分中的粒子权重，得到当前时刻更新后的伯努利成分；S5、基于欧式距离，对所述更新后的伯努利成分进行融合，得到当前时刻融合后的伯努利成分和融合后的多目标后验概率密度；S6、根据所述融合后的多目标后验概率密度对目标个数进行估计，根据所述融合后的伯努利成分提取目标状态，得到当前时刻的目标状态估计结果，并返回步骤S3，结合所述融合后的伯努利成分估计下一时刻的目标状态。2.根据权利要求1所述的基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，其特征在于，所述多目标叠加量测模型为：Y
k
＝[y
11
,
…
,y
1N
,
…
,y
N1
,
…
y
NM
]
T
+N其中，N为白高斯噪声，y
mn
为由第n个阵元发射，经过目标反射后，由第m个阵元接收的经过匹配滤波后的信号；其中，为第i个目标的多普勒频率，N
k
为k时刻的目标个数，ξ
i
为第i个目标复散射系数，j为虚数单位，f
n
为第n个阵元发射信号的频率，r
i
为第i个目标距离，t为时间指标，v
i
为第i个目标的速度，λ0为波长，为由阵元间距引起的发射时延，为由阵元间距引起的接收时延，Δf为频率步进量，n为第n个阵元，f0为参考频率。3.根据权利要求1所述的基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，其特征在于，所述伯努利参数集为：其中，为k
‑
1时刻第i个Bernoulli成分的存在概率，N
k
表示k
‑
1时刻的Bernoulli成分总数，k为时间指标，为k
‑
1时刻的空间概率密度；
其中，表示粒子数，为k
‑
1时刻第i个目标状态，为狄拉克脉冲函数，s表示第s个粒子，为刻画第i个目标的第s个粒子，为对应粒子的权重，为一簇加权粒子。4.根据权利要求1所述的基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，其特征在于，所述存活伯努利成分包括第一存在概率、第一空间分布概率密度和第一粒子权重，其中，所述第一存在概率为：其中，为k
‑
1时刻第i个Bernoulli成分的存在概率，为预测后第i个Bernoulli成分中的粒子个数，表示预测后对应Bernoulli成分所携带的标签不变，P
S,k
表示粒子存活并转移的概率，表示k
‑
1时刻刻画第i个目标的第s个粒子，为对应粒子的权重；所述第一空间分布概率密度为：其中，为预测后第i个Bernoulli成分中的粒子数，为归一化的粒子权重，为狄拉克脉冲函数，s指示第s个粒子，S表示存活；所述第一粒子权重为：所述第一粒子权重为：其中，为预测后第i个Bernoulli成分中存活的第s个粒子的权重，为粒子数，为粒子权重，为目标状态的转移核，为预测后的粒子状态，为k
‑
1时刻的粒子状态，P
S,k
为粒子存活并转移的概率，S表示存活。5.根据权利要求1所述的基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，其特征在于，所述新生
标签伯努利成分包括第二存在概率、第二空间分布概率密度、第二粒子权重和目标标签，其中，所述第二存在概率为先验给定的第j个新生伯努利成分的存在概率；所述第二空间分布概率密度为：其中，为k时刻新生的第j个Bernoulli成分的空间分布概率密度，为初始化粒子集，为第j个新生Bernoulli成分中第s个粒子的权重，l
k|k
‑
1,j
为新生Bernoulli成分的标签，为新生第j个Bernoulli成分中的粒子数，Γ表示新生；所述第二粒子权重为：其中，为第j个新生Bernoulli成分中第s个粒子的权重，为新生第j个Bernoulli成分中的粒子数；所述目标标签为：l
k|k
‑
1,j
＝(k,j)其中，l
k|k
‑
1,j
为新生伯努利成分的标签，k表示时刻，j为出现顺序。6.根据权利要求1所述的基于FDA
‑
MIMO雷达的多目标跟踪方法，其特征在于，步骤S4包括：S41、结合所述多目标叠加量测模型，利用当前的目标状态预测值和量测值计算Music谱：其中，克罗内克乘积kron(b(
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),a(
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣棋，杨标，李西敏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：