最小工作时长约束下的传感器调度方法及系统技术方案

本说明书实施例提供了一种最小工作时长约束下的传感器调度方法及系统，该方法包括依据POMDP方法建立传感器的动作调度模型；确定各目标状态模型和传感器量测模型；以传感器的跟踪精度为约束建立目标优化函数；结合IMM

【技术实现步骤摘要】
最小工作时长约束下的传感器调度方法及系统


[0001]本文件涉及传感器调度
，尤其涉及一种最小工作时长约束下的传感器调度方法及系统。

技术介绍

[0002]空中目标跟踪是航空航天等探测系统的关键技术之一，目标跟踪中以雷达等为代表的单传感器由于侦测范围有限、冗余能力不足、灵活性差、易暴露等问题，难以满足作战任务需要，为此，通过采取多传感器调度的方法，有针对性的分配传感器资源及探测时间区间，以达到提升目标跟踪精度、增强系统生存能力、扩大侦测覆盖范围及优化信号处理效果等改善传感器系统性能的目的。
[0003]根据决策依据的时间尺度，可将传感器调度方法分为短时调度和长时调度，但长时调度方法考虑多步累计收益，虽然增加了一定计算量，但优化性能要明显优于短时调度，不过，由于两类方法均未对单个传感器的工作时间进行约束，导致存在因频繁切换而使系统响应延迟大量累积，进而降低目标跟踪精度的问题。
[0004]现有技术中，为应对相控阵雷达跟踪中存在的时延问题，引入调度代价以确保任务优先级，但该方法可操作性不强，容易丢失最优解；还有方法对传感器每次执行观测任务的时长进行了约束，若当前传感器完成了此轮观测，则立即择优选取其它传感器执行任务，由于该方法放弃了过多的可选方案，导致调度效果明显欠佳；还有对传感器每次执行任务的时长进行了约束，但规定了达到基本时长后，仍可依据下步预测结果继续调用当前传感器，保留了更多可选方案，优化效果不佳。
[0005]现有技术中，在确保跟踪精度的同时，并未考虑降低传感器频繁切换所带来的目标跟踪的稳定性差的使用代价，即切换代价的问题，有鉴于此，在上述问题背景情况下，亟需提供一种针对多传感器目标跟踪中系统频繁切换的问题，实现传感器合理调度的方法。

技术实现思路

[0006]本说明书一个或多个实施例提供了一种最小工作时长约束下的传感器调度方法，包括以下步骤：
[0007]依据POMDP方法建立系统传感器的动作调度模型；确定系统中各目标状态模型和传感器量测模型；以传感器的跟踪精度为约束条件建立目标优化函数；基于各目标状态模型和传感器量测模型，结合IMM算法与FQPF算法，确定各目标的目标估计状态；依据计算的各目标的目标估计状态，通过PCRLB条件作为衡量指标，计算传感器在最小工作约束条件下的多目标长时目标跟踪精度；以多目标长时跟踪精度为决策依据，根据设定的各传感器的最小工作时长为约束条件，结合建立的目标优化函数及预设的跟踪任务时长，确定传感器调度策略。
[0008]本说明书一个或多个实施例提供了一种最小工作时长约束下的传感器调度系统，包括传感器动作调度模型建立单元：依据POMDP方法建立系统传感器的动作调度模型；
[0009]目标状态模型建立单元：用于针对系统中各目标建立状态模型；
[0010]传感器量测模型建立单元：用于针对系统中各传感器建立量测模型；
[0011]目标优化函数建立单元：用于以传感器的跟踪精度为约束条件建立的目标优化函数；
[0012]目标估计状态计算单元：基于目标状态模型建立单元和传感器量测模型建立单元分别建立的状态模型和量测模型，结合IMM算法与FQPF算法，确定各目标的目标估计状态；
[0013]多目标长时目标跟踪精度计算单元：依据确定的各目标的目标估计状态，通过PCRLB作为衡量指标，计算传感器在最小工作约束条件下的多目标长时目标跟踪精度；
[0014]传感器调度策略确定单元：以多目标长时目标跟踪精度计算单元的计算结果为决策依据，根据设定的各传感器的最小工作时长为约束条件，结合目标优化函数建立单元建立的目标优化函数及预设的跟踪任务时长，确定传感器调度策略。
[0015]本说明书一个或多个实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述最小工作时长约束下的传感器调度方法。
[0016]本说明书一个或多个实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述最小工作时长约束下的传感器调度方法。
[0017]本专利技术以多传感器跟踪多目标为应用场景，利用IMM
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FQPF滤波算法和PCRLB实现目标跟踪精度预测，引入最小工作时长约束策略，提出了切换代价控制的调度方法MTSM。仿真实验表明，所提最小工作时长约束调度方法MTSM跟踪效果稳定，在保证一定目标跟踪精度的基础上，有效降低了传感器切换代价。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本说明书一个或多个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说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为本说明书一个或多个实施例提供的最小工作时长约束下的传感器调度方法的流程图；
[0020]图2为本说明书一个或多个实施例提供的最小工作时长约束下的传感器调度方法的最小工作时长约束调度方法流程图；
[0021]图3为本说明书提供的仿真实验中的目标运动轨迹图；
[0022]图4为本说明书提供的仿真实验中的传感器调度序列图；
[0023]图5为本说明书提供的仿真实验中方法MTSM与MSM、FTSM在不同阈值条件下，以及NSM、各传感器单独工作时，仿真时间内各时刻目标估计状态的均方根误差对比图；
[0024]图6为本说明书提供的仿真实验中不同跟踪精度阈值条件下MTSM的调度性能对比图；
[0025]图7为本说明书提供的仿真实验中不同跟踪精度阈值条件下任务时间内满足阈值要求的时长对比图；
[0026]图8为本说明书提供的仿真实验中不同最小工作时长下MTSM调度得到的RMSE对比图；
[0027]图9为本说明书提供的仿真实验中不同最小工作时长下MTSM调度得到的ST示意图；
[0028]图10为本说明书一个或多个实施例提供的最小工作时长约束下的传感器调度系统的框架示意图；
[0029]图11为本说明书一个或多个实施例提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0030]为了使本
的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个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说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。
[0031]下面结合具体实施方式和说明书附图对本专利技术做出详细的说明。
[0032]系统实施例
[0033]根据本专利技术实施例，提供了一种最小工作时长约束下的传感器调度方法，如图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.最小工作时长约束下的传感器调度方法，其特征在于，包括以下步骤：依据POMDP方法建立系统传感器的动作调度模型；确定系统中各目标状态模型和传感器量测模型；以传感器的跟踪精度为约束条件建立目标优化函数；基于各目标状态模型和传感器量测模型，结合IMM算法与FQPF算法，确定各目标的目标估计状态；依据计算的各目标的目标估计状态，通过PCRLB条件作为衡量指标，计算传感器在最小工作约束条件下的多目标长时目标跟踪精度；以多目标长时跟踪精度为决策依据，根据设定的各传感器的最小工作时长为约束条件，结合建立的目标优化函数及预设的跟踪任务时长，确定传感器调度策略。2.如权利要求1所述的最小工作时长约束下的传感器调度方法，其特征在于，所述基于各目标状态模型和传感器量测模型，结合IMM算法与FQPF算法，确定各目标的目标估计状态包括步骤：目标模型初始状态数据交互；根据初始化数据交互结果，通过FQPF滤波算法，进行模型滤波估计；根据模型滤波估计结果更新模型概率；根据模型滤波估计结果及更新的模型概率，进行数据估计融合，计算获得目标的目标估计状态。3.如权利要求1所述的最小工作时长约束下的传感器调度方法，其特征在于，所述依据计算的各目标的目标估计状态，通过PCRLB条件作为衡量指标，计算传感器在最小工作约束条件下的多目标长时目标跟踪精度包括步骤：系统参数初始化，包括当前k时刻传感器n的最小工作时长，系统在时域内仅调度传感器n工作，确定调度动作，步长h取值范围；k+h
‑
3时刻传感器系统跟踪目标m得到运动状态模型概率矩阵为k+h
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2时刻得到的估计状态为协方差矩阵为运动状态模型概率矩阵为且初始时刻h值；选取上一时刻中概率最大的模型作为获取目标状态转移矩阵及k+h
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1时刻最大模型概率对应的状态转移矩阵根据目标估计状态和状态转移矩阵确定k+h
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1时刻的目标状态预测值进而结合k+h
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1时刻的状态转移矩阵确定k+h时刻的目标状态预测值根据目标状态预测值确定k+h
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1、k+h时刻传感器n对目标m的量测预测值根据k+h
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2时刻的及目标m的量测预测值结合目标估计状态计算过程，确定k+h
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1时刻的目标估计状态预测值协方差矩阵预测值以及k+h
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1时刻的运动状态模型概率矩阵预测值
根据目标估计状态预测值满足后验克拉美罗下界条件，定义Fisher信息矩阵；根据k+h
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1时刻的运动状态模型概率矩阵预测值预测k+h时刻的目标动态模型；确定目标状态转移先验...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉兵，安雷，李召瑞，崔佩璋，霍晓磊，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：