[发明专利]一种基于连续时间轨迹函数的航迹约束目标跟踪方法

说明书

本发明涉及一种基于连续时间轨迹函数的航迹约束目标跟踪方法，考虑目标运动状态受到不等式约束条件，从连续的量测中寻找一条均方误差最小的连续时间轨迹函数，从而估计出目标的真实状态。采用上述方式，该方法巧妙地运用阻滞因子和势垒障碍函数，将不等式约束条件内嵌到无约束的连续时间轨迹函数中，并通过航迹拟合的方式，对量测数据进行拟合，得到目标的状态。本发明能够对目标实现更高精度的估计和预测，考虑不等式约束条件，且不需要事先知道目标的动力学模型和噪声协方差等先验信息，克服了传统等式约束目标跟踪精度不高的问题；通过添加航迹道路宽度不等式约束先验信息，实现对目标状态的精确跟踪和预测。

技术领域

本发明涉及目标跟踪、信息融合领域，特别是涉及一种基于连续时间轨迹函数的航迹约束目标跟踪方法。此方法适用于无人机，导弹，在轨航天器高速变化的目标。

背景技术

约束目标跟踪作为航空航天领域一项至关重要的技术，国内外研究人员已经对其进行了较为深入的研究，并提出了大量相关的理论和方法。但是，现阶段约束目标跟踪方法大都是基于马尔可夫转移模型，即需要事先建立目标的运动模型，然后再考虑约束条件。这导致现有方法难以适用于目标运动模型未知的情形。

文献“Single-Road-Constrained Positioning Based on DeterministicTrajectory Geometry，IEEE COMMUNICATIONS LETTERS，vol.23，pp.80-83”公开了一种基于降维连续时间轨迹函数的等式约束目标跟踪方法。该方法不用事先建立目标的运动模型，只需要知道量测信息和约束条件，就能对目标的状态进行估计和预测。但是，在现实生活中运动目标不仅会受到等式约束，也会受到不等式约束。文献所述方法仅考虑等式约束条件，将不能应用于考虑不等式约束条件和航迹道路宽度的问题。同时，文献所述方法在约束目标跟踪建模中，通过约束条件降低了目标动力学模型的维度，忽略了降维系统和原系统的等价性。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有方法只能考虑等式约束信息和忽略模型等价关系的问题，本发明提出了一种基于连续时间轨迹函数的航迹约束目标跟踪方法。考虑目标所受不等式约束条件，求解运动目标的约束状态，提高目标跟踪精度。

技术方案

一种基于连续时间轨迹函数的航迹约束目标跟踪方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：无约束连续时间轨迹函数建模

首先建立目标无约束的连续时间轨迹函数曲线：

x_t+1＝f(x_t；δ)+μ_t (1)

式中，x_t表示目标在t时刻的状态，δ表示拟合系数，f(x_t；δ)表示无约束连续时间轨迹函数曲线，μ_t表示环境误差；

将传感器对目标的量测模型建为：

式中，z_t表示传感器在t时刻对目标状态的观测值，ζ(x_t)表示观测方程，表示传感器观测噪声；

步骤2：连续时间轨迹函数多项式拟合阶次确定

为了从量测信息中找到一条均方误差最小的不等式约束曲线，需要确定多项式拟合阶次；假设运动目标在每个维度上的状态相互独立，由公式(3)已知，对于常速运动模型CV，曲线多项式阶次可以取1阶；对于常加速运动模型CA，曲线多项式可以取2阶；同时由于二阶曲线是一种抛物线，圆周运动或转弯模型多项式曲线阶次也可以取2阶；

其中，a和b是确定已知的常数；