信息融合與目標(biāo)跟蹤航跡管理

第十一講航跡管理的根本方法整理課件9.1航跡融合的根本概念航跡處理：1〕集中式與分布式數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)都存在，不過在不同的節(jié)點(diǎn)上完成；2〕航跡建立、航跡保持和航跡撤消的規(guī)那么問題是保持對(duì)目標(biāo)連續(xù)跟蹤的最關(guān)鍵的技術(shù)。2整理課件集中式融合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理每個(gè)傳感器有自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，形成局部航跡；各傳感器的局部航跡并沒有被利用，而直接將每個(gè)傳感器的點(diǎn)跡送給融合節(jié)點(diǎn)，即融合中心，在融合中心進(jìn)行點(diǎn)跡與航跡的融合。3整理課件主要缺點(diǎn)需要傳送大量的點(diǎn)跡和缺乏魯棒性；點(diǎn)跡變化范圍很寬〔非同質(zhì)傳感器的數(shù)據(jù)〕，同一時(shí)間進(jìn)行處理比較復(fù)雜，在融合中心不能得到可靠的點(diǎn)跡；處理的目標(biāo)量很大時(shí)，干擾產(chǎn)生的點(diǎn)跡遠(yuǎn)超過目標(biāo)產(chǎn)生的點(diǎn)跡；4整理課件融合算法的選擇因素計(jì)算量和通信量都很大時(shí)，全局估計(jì)就利用局部航跡進(jìn)行航跡到航跡的融合。通信量和計(jì)算量是進(jìn)行全局融合的主要因素。5整理課件通信量的計(jì)算集中式融合系統(tǒng)在一個(gè)周期中，由每個(gè)傳感器向融合中心傳送的數(shù)據(jù)量Mc：6整理課件分布式融合系統(tǒng)在一個(gè)周期中，每個(gè)傳感器向融合中心傳送的數(shù)據(jù)量Md：7整理課件Si：傳感器i各點(diǎn)跡的尺寸，以比特表示。包括距離、方位、仰角或高度、時(shí)問、批號(hào)和特征參數(shù)等。ST：每條航跡報(bào)告的尺寸，以比特表示。航跡報(bào)告通常包括狀態(tài)估計(jì)的各個(gè)分量、航跡號(hào)、時(shí)間和方向信息等。8整理課件PDi：傳感器i的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率，對(duì)不同距離門上的所有目標(biāo)均假定是常數(shù)。

λi：傳感器i的雜波密度。

Ni：傳感器i的雜波點(diǎn)數(shù)。

Ti：傳感器i監(jiān)視范圍內(nèi)的目標(biāo)總數(shù)。

Ns：傳感器數(shù)目。9整理課件說明分布式融合系統(tǒng)的信息源是各個(gè)傳感器，源信息是各個(gè)傳感器給出的航跡。航跡融合通常是在融合節(jié)點(diǎn)或融合中心進(jìn)行的。10整理課件根本概念局部航跡：多傳感器融合系統(tǒng)中，每個(gè)傳感器的跟蹤器所給出的航跡。系統(tǒng)航跡：航跡融合系統(tǒng)將各個(gè)局部航跡融合后形成的航跡。局部航跡與系統(tǒng)航跡融合后形成的航跡仍稱為系統(tǒng)航跡。11整理課件航跡融合航跡融合實(shí)際上是傳感器的狀態(tài)估計(jì)融合，包括局部傳感器與局部傳感器狀態(tài)估計(jì)的融合和局部傳感器與全局傳感器狀態(tài)估計(jì)的融合。由于公共過程噪聲的原因，在應(yīng)用狀態(tài)估計(jì)融合系統(tǒng)中，來自不同傳感器的航跡估計(jì)誤差未必是獨(dú)立。12整理課件分布式融合系統(tǒng)13整理課件圖中有n個(gè)獨(dú)立工作的傳感器，每個(gè)傳感器不僅有自己的信號(hào)處理系統(tǒng)能夠給出目標(biāo)的點(diǎn)跡，并且有自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或稱局部目標(biāo)跟蹤器。各傳感器將各自觀測(cè)送往本身的跟蹤器形成局部航跡，然后將各跟蹤器所產(chǎn)生的局部航跡周期性地送往融合中心進(jìn)行航跡融合，形成系統(tǒng)航跡。系統(tǒng)航跡是該系統(tǒng)的輸出。14整理課件航跡融合以傳感器航跡為根底。各傳感器的跟蹤器對(duì)目標(biāo)形成穩(wěn)定的跟蹤之后，才能夠把它們的狀態(tài)送給融合中心，以便對(duì)各個(gè)傳感器送來的航跡進(jìn)行航跡融合。15整理課件航跡融合的主要步驟1、航跡關(guān)聯(lián)：把各傳感器送來的目標(biāo)的狀態(tài)按一定準(zhǔn)那么，將同一批目標(biāo)的狀態(tài)歸并到一起，形成一個(gè)統(tǒng)一的航跡，即系統(tǒng)航跡或全局航跡；把各傳感器送來的局部航跡的狀態(tài)與數(shù)據(jù)庫中已有的系統(tǒng)航跡進(jìn)行配對(duì)，保證配對(duì)后的目標(biāo)狀態(tài)與系統(tǒng)航跡中的狀態(tài)源于同一批目標(biāo)。16整理課件2、航跡融合：融合中心把來自不同局部航跡的狀態(tài)，或把局部航跡的狀態(tài)與系統(tǒng)航跡狀態(tài)關(guān)聯(lián)后，把已配對(duì)的局部狀態(tài)分配給對(duì)應(yīng)系統(tǒng)航跡，形成新系統(tǒng)航跡；計(jì)算新的系統(tǒng)航訪的狀態(tài)估計(jì)和協(xié)方差，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)航跡的更新。17整理課件9.2航跡管理

前提：

1、局部傳感器的點(diǎn)跡與航跡完成關(guān)聯(lián)；

2、點(diǎn)跡與航跡間的一對(duì)一關(guān)系已經(jīng)完全確定。18整理課件

航跡管理的主要內(nèi)容1)已有起始標(biāo)志的航跡轉(zhuǎn)換為確認(rèn)航跡；2)可能由干擾等產(chǎn)生的虛假航跡應(yīng)予以撤消；3)點(diǎn)跡在本周期未被錄用，而自動(dòng)變成下一周期的自由點(diǎn)跡；19整理課件4)航跡頭變成了起始航跡；5)航跡頭由于沒有后續(xù)點(diǎn)跡而被取消；6)已確認(rèn)航跡在本掃描周期中，沒有點(diǎn)跡與它關(guān)聯(lián)，即喪失了點(diǎn)跡。20整理課件定義航跡管理的定義：按一定的規(guī)那么、方法，實(shí)現(xiàn)和控制航跡起始、航跡確認(rèn)、航跡保持與更新和航跡撤消的過程。對(duì)相關(guān)內(nèi)容按給定的規(guī)那么進(jìn)行自動(dòng)分類，給予不同的標(biāo)志，并將本掃描周期的分類結(jié)果送入數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)管理。21整理課件常用方法

1、經(jīng)驗(yàn)法

2、邏輯法

3、純數(shù)學(xué)法

4、直覺法

5、記分法22整理課件一、邏輯法

處理的主要內(nèi)容：

1、航跡頭2、航跡起始

3、航跡確認(rèn)

4、航跡保持

5、航跡撤銷23整理課件1、航跡頭定義：每條航跡的第一個(gè)點(diǎn)跡。出現(xiàn)類型：1〕通常出現(xiàn)在遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)，除非傳感器開始工作時(shí)目標(biāo)就出現(xiàn)在近距離范圍內(nèi)。2〕前一采樣周期沒被采用的孤立點(diǎn)跡或自由點(diǎn)跡。24整理課件航跡頭的初始波門實(shí)際系統(tǒng)工作時(shí)，不管航跡頭〔孤立點(diǎn)跡或自由點(diǎn)跡〕在什么地方出現(xiàn)，均以它為中心，建立由目標(biāo)最大運(yùn)動(dòng)速度和最小運(yùn)動(dòng)速度及采樣間隔決定尺寸的環(huán)形初始波門。選擇環(huán)形初始波門的原因：該點(diǎn)跡所對(duì)應(yīng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向未知。25整理課件

2．航跡起始定義：對(duì)勻速直線運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，利用同一目標(biāo)初始相鄰兩個(gè)點(diǎn)跡的坐標(biāo)數(shù)據(jù)推算出該目標(biāo)下一周期的預(yù)測(cè)或外推位置，對(duì)可能的一條航跡進(jìn)行航跡初始化。26整理課件起始點(diǎn)跡獲取兩個(gè)起始點(diǎn)跡：1〕航跡頭；2〕下一采樣周期中初始關(guān)聯(lián)門中出現(xiàn)的點(diǎn)跡。處理方法：初始關(guān)聯(lián)門中出現(xiàn)的點(diǎn)跡都要與航跡頭點(diǎn)跡構(gòu)成一對(duì)航跡起始點(diǎn)跡對(duì)，送入數(shù)據(jù)庫，等待下一周期的繼續(xù)處理。27整理課件3、航跡確認(rèn)新航跡確認(rèn)方法：1〕以預(yù)測(cè)值為中心設(shè)置門限〔關(guān)聯(lián)門〕；2〕在關(guān)聯(lián)門內(nèi)，至少有一個(gè)來自相鄰第三次采樣周期的觀測(cè)數(shù)據(jù)或點(diǎn)跡。初始航跡就可以作為一條新航跡，并加以保存。28整理課件特點(diǎn)1〕新航跡需三次采樣觀測(cè)數(shù)據(jù)便得到確認(rèn)，這是建立一條新航跡所需要觀測(cè)數(shù)據(jù)的最小數(shù)目。2〕初始化航跡經(jīng)確認(rèn)后才能建立一新航跡?！惨卜Q航跡檢測(cè)〕29整理課件局限性當(dāng)連續(xù)三個(gè)采樣周期均出現(xiàn)點(diǎn)跡時(shí)，才被確認(rèn)為這是一個(gè)真目標(biāo)產(chǎn)生的連續(xù)點(diǎn)跡并建立航跡的條件太苛刻〔目標(biāo)的點(diǎn)跡以概率出現(xiàn)〕。30整理課件改進(jìn)航跡起始后，允許第三次采樣中不出現(xiàn)點(diǎn)跡，進(jìn)行一次盲目外推，在第四次采樣時(shí)再出現(xiàn)點(diǎn)跡，也將其確認(rèn)為新航跡。優(yōu)點(diǎn)：在遠(yuǎn)距離范圍是十分必要，通常雷達(dá)的最大作用距離是按發(fā)現(xiàn)概率為50％定義。涉及的主要內(nèi)容：航跡確實(shí)認(rèn)準(zhǔn)那么。31整理課件確認(rèn)準(zhǔn)那么如表特點(diǎn)：有了航跡頭之后，分別在第三、四、五掃描周期才被確認(rèn)為一條真目標(biāo)航跡，然后開始轉(zhuǎn)入對(duì)該目標(biāo)的正常跟蹤狀態(tài)。32整理課件4、航跡維持／保持定義：航跡起始后，真實(shí)目標(biāo)存在情況下，按給定的規(guī)那么使航跡得到延續(xù)，保持對(duì)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤。實(shí)現(xiàn)：利用信號(hào)檢測(cè)的準(zhǔn)那么。33整理課件5、航跡撤消定義：在該航跡不滿足某種準(zhǔn)那么時(shí)，將其從航跡記錄中去除。1〕不是一個(gè)真實(shí)目標(biāo)的航跡；2〕航跡所對(duì)應(yīng)的目標(biāo)已運(yùn)動(dòng)出傳感器的探測(cè)范圍。34整理課件具體情況1〕只有航跡頭；2〕對(duì)一條初始化航跡；3〕對(duì)已確認(rèn)的航跡。35整理課件航跡撤銷準(zhǔn)那么1〕只有航跡頭：只要其后的第一個(gè)周期中沒有點(diǎn)跡出現(xiàn)，就將其撤消。2〕對(duì)初始化航跡：如果在以后連續(xù)三個(gè)掃描周期中，沒有出現(xiàn)任何點(diǎn)跡，該初始航跡便可以在數(shù)據(jù)庫中被消去。36整理課件3〕對(duì)已確認(rèn)的航跡：前提：以很高的概率確知它的存在，并且它的運(yùn)動(dòng)方向，撤消應(yīng)該謹(jǐn)慎。

37整理課件撤銷方法①設(shè)定連續(xù)4～6個(gè)掃描周期沒有點(diǎn)跡落入相應(yīng)關(guān)聯(lián)門內(nèi)作為航跡撤消準(zhǔn)那么。

處理：航跡撤消后，須屢次利用盲目外推的方法，擴(kuò)大波門去對(duì)喪失目標(biāo)進(jìn)行再捕獲。38整理課件②連續(xù)五個(gè)采樣周期中，只要有四個(gè)周期沒有點(diǎn)跡存在，就宣布該航跡被撤消〔4／5準(zhǔn)那么〕。③連續(xù)三個(gè)周期沒有點(diǎn)跡時(shí)，航跡被撤消。39整理課件4〕穩(wěn)定航跡的撤銷對(duì)一條跟蹤很長時(shí)間的穩(wěn)定航跡所對(duì)應(yīng)目標(biāo)，在飛出該傳感器探測(cè)范圍時(shí)，航跡也應(yīng)予以撤消。目標(biāo)交接：穩(wěn)定航跡撤銷后，如存在友鄰傳感器，需完成目標(biāo)的交接。40整理課件說明實(shí)際工作中，關(guān)聯(lián)門尺寸可能變化，種類可能較多；航跡的建立和撤消準(zhǔn)那么〔航跡管理方法〕要根據(jù)具體情況確定。41整理課件二、記分法新點(diǎn)跡并入航跡時(shí)，根據(jù)該點(diǎn)跡質(zhì)量對(duì)航跡質(zhì)量的奉獻(xiàn)大小，按一定規(guī)那么，給該航跡質(zhì)量標(biāo)記QH加上、減去一定的分值，或者保持不變。點(diǎn)跡質(zhì)量：數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時(shí)由在哪個(gè)關(guān)聯(lián)門等級(jí)上與航跡實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)而決定的。42整理課件關(guān)聯(lián)門種類

①初始關(guān)聯(lián)門②大關(guān)聯(lián)門③中關(guān)聯(lián)門

④

小關(guān)聯(lián)門43整理課件關(guān)聯(lián)門與點(diǎn)跡質(zhì)量的關(guān)系1〕小關(guān)聯(lián)門中與航跡相關(guān)的點(diǎn)跡的質(zhì)量最高；①關(guān)聯(lián)門小，落入的噪聲等較少；②小關(guān)聯(lián)門一般用在目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤階段，真實(shí)目標(biāo)的航跡已存在，該點(diǎn)跡近似真實(shí)目標(biāo)的點(diǎn)跡。所以質(zhì)量最高。44整理課件2〕中關(guān)聯(lián)門的質(zhì)量其次；大關(guān)聯(lián)門中的點(diǎn)跡質(zhì)量再次；3〕點(diǎn)跡喪失后進(jìn)行盲目外推預(yù)測(cè)位置并進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)時(shí)，對(duì)航跡質(zhì)量無奉獻(xiàn)，降低航跡的質(zhì)量，應(yīng)減去一定分值；4〕航跡頭要賦一定初始值。45整理課件準(zhǔn)那么根據(jù)航跡質(zhì)量的大小和給定的門限來確定航跡起始、航跡確認(rèn)和航跡撤消。46整理課件1、航跡記分規(guī)那么航跡質(zhì)量確實(shí)定：QH=f(S1，S2，QD)其中：QH—表示航跡質(zhì)量QD—表示點(diǎn)跡質(zhì)量S1—航跡確實(shí)認(rèn)門限S2—航跡的撤消門限47整理課件關(guān)聯(lián)門尺寸與航跡質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系48整理課件記分方法航跡質(zhì)量采用累計(jì)記分法：QH=QH

+QD

QH初值為0。49整理課件2、航跡確實(shí)認(rèn)與撤消1〕QH≥S1時(shí)，該航跡判為真實(shí)目標(biāo)的航跡，予以確認(rèn)。2〕QH≤