[发明专利]基于单矢量水听器波达方向估计的多目标跟踪方法

说明书

本发明属于目标跟踪技术领域，涉及一种多目标跟踪方法。基于单矢量水听器波达方向估计的多目标跟踪方法，包括：对每一个频点进行方位估计和能量估计，得到频点方位θ(f)、频点功率谱强度利用和θ(f)，实现频点轨迹的跟踪；采用轨迹聚类的方式，将方位相近、运动趋势相似的频点轨迹聚类为一个目标，实现多目标的跟踪。本发明的多目标跟踪算法，以单个矢量水听器作为接收系统，通过跟踪具有线谱特征的频点的方位，实现频点轨迹跟踪，然后通过频点轨迹聚类，实现多目标的跟踪。与现有的目标跟踪算法相比，不仅能对多个远场或近场目标进行实时跟踪，而且能在跟踪能量较强的目标的同时，有效的跟踪能量较弱的目标。

技术领域

本发明属于目标跟踪技术领域，涉及一种多目标跟踪方法。

背景技术

目标辐射噪声在低频段具有丰富的线谱成分，是一种较稳定的目标特征信息，并且具有相干性强、传播损失小等特点，对目标的定位和识别具有重要意义[1,2,3]。

矢量水听器由声压传感器和振速传感器组合而成，能够共点同步测量水下声场空间一点处的声压和质点振速的三个正交分量，将矢量水听器接收到的水下声场的声压与振速信息进行联合信号处理，可以估计目标的方位[4,5,6]。单个矢量水听器具有体积小、布放方式简单和隐蔽性好等诸多优点，越来越受到国内外科研院所及军事机构的关注。

在目标方位估计的基础上，经过连续时间的累积分析，可以实现目标跟踪。通常采用以下算法[6]，首先，在共轭互谱的基础上对每一个频点进行方位估计；其次，对所有频点的估计方位进行加权直方图统计，得到某一时刻的方位估计曲线，曲线最大值对应的方位即为目标方位估计值；最后，经过连续时间的累计，得到方位历程图，实现目标跟踪。张维等[7]利用卡尔曼滤波处理加权直方图统计的结果，实现目标跟踪，算法中目标运动初值的设定会干扰目标跟踪的效果，虽然通过长时间的迭代，初值的影响会逐渐消失，但对于近场、短时或轨迹相似的目标，这种算法并不适用。崔浩等[8]采用骨架跟踪处理方位历程图，实现目标跟踪，算法对综合能量较强目标的跟踪效果较好，但对综合能量较弱目标，即方位历程图中不可辨识的轨迹，无法进行有效地跟踪。

此外，在求取方位历程图的过程中，上述目标跟踪算法均使用了加权直方图统计，这种方式为突出线谱能量的贡献，将三维信息(频点，谱强度和方位)简化为二维信息(谱强度和方位)，丢失了频点信息，不利于目标的特征分析。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明以单个矢量水听器作为接收系统，提出基于波达方向估计的多目标跟踪方法。该方法通过跟踪具有线谱特征的频点的方位，实现频点轨迹跟踪，然后通过频点轨迹聚类，实现多目标的跟踪。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：基于单矢量水听器波达方向估计的多目标跟踪方法，包括：对每一个频点进行方位估计和能量估计，得到频点方位θ(f)、频点功率谱强度

根据频点功率谱强度和频点方位θ(f)，分析当前时间片功率谱强度，得到具有线谱特征的频点及其方位，实现频点轨迹的跟踪；

采用频点、方位及能量信息构建频点轨迹数据；实时更新频点轨迹集合；

采用轨迹聚类的方式，将方位相近、运动趋势相似的频点轨迹聚类为一个目标，实现多目标的跟踪。

进一步地，所述频点轨迹数据的结构为：

其中，frequency是频点值，time是频点出现时间(相对时间)，energy是频点的能量序列，azimuth是频点的方位序列，length是频点轨迹的长度。

作为本发明的一种优选方式，所述频点轨迹集合的更新包括频点轨迹的新建、更新和删除。

作为本发明的一种优选方式，所述轨迹聚类包括：频点轨迹筛选，通过设置频点轨迹长度的最小值，将满足要求的频点轨迹，加入待聚类的频点轨迹集合中；