[发明专利]一种无人集群多域探测数据航迹关联与预测方法

说明书

本发明公开了一种无人集群多域探测数据航迹关联与预测方法，该方法包括以下步骤：1)将当前时刻设定时间内对多探测源的探测数据进行融合获得当前时刻设定时间内目标点迹的点迹集合；2)将所有船的历史航迹列表中最新时刻的位置点迹取出形成航迹集合，将所有点迹集合中元素与航迹集合中不同元素匹配的解作为最优二分图匹配，航迹集合中元素和点迹集合元素间的实际距离作为二分图匹配的边权；3)根据步骤2)中的关联完成点迹融合与航迹融合，然后对目标移动产生的位置误差进行修正，获得最终的预测航迹。本发明方法基于二分图匹配和动量拟合，对各目标的点迹与目标的历史航迹进行匹配，提高了目标航迹数据的准确度和时效性。

技术领域

本发明涉及多源数据融合技术，尤其涉及一种无人集群多域探测数据航迹关联与预测方法。

背景技术

无人集群综合系统中，在自主探测阶段，多个无人单艇探测到同一目标的位置、时间、速度等信息存在偏差，并且不同时刻的探测结果与实际目标的对应关系缺乏足够的先验知识，增加了任务执行难度，具体问题包括：

1)多个探测源融合生成的点迹集合与之前的航迹状态进行匹配时，点迹难以获得目标身份信息；目标之间距离较近或者发生航迹交叉时，可用于匹配的目标属性相似度较高，航迹关联难以准确进行；

2)各无人艇完成目标探测结果上报与无人艇群融合系统完成数据融合存在时间差，此时段内会因目标移动产生位置误差；

3)探测源对目标定位的误差较大，若直接用同一目标相邻两帧探测数据来计算目标航速和航向，容易造成目标预测结果波动大、预测值与真实值存在偏差等问题，会降低无人艇执行避障、跟踪、拦截等任务的成功率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种无人集群多域探测数据航迹关联与预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无人集群多域探测数据航迹关联与预测方法，包括以下步骤：

1)将当前时刻设定时间内对多探测源的探测数据进行融合获得当前时刻设定时间内目标点迹的点迹集合；

2)将目标实时点迹与历史航迹进行关联；

将所有船的历史航迹列表中最新时刻的位置点迹取出形成航迹集合，该集合作为二分图的一个集合，而把步骤1)中当前目标点迹作为二分图的另一个集合；所有的点迹只能跨集合匹配，集合内部不能匹配，满足了二分图的定义，同时将所有点迹集合中元素与航迹集合中不同元素匹配的解作为最优二分图匹配，航迹集合中元素和点迹集合元素间的实际距离作为二分图匹配的边权；

3)根据步骤2)中的关联完成点迹与航迹融合，然后对目标移动产生的位置误差进行修正，获得最终的预测航迹。

按上述方案，所述步骤2)中最优二分图匹配过程为：

2.1)遍历历史航迹列表，将当前航迹的最新点加入航迹集合作为一个航迹元素，同时找到点迹集合中最近的点作为一个匹配；

2.2)如果该点未被别的航迹元素匹配，则继续对下一个航迹元素进行匹配；

2.3)如果该点迹已经匹配了别的航迹，那么将所有冲突的航迹和点迹单独提取出来，寻找二分图增广路，选择代价最小的增广路，将这条路上的所有匹配取逆，使得先前已匹配的航迹与点迹变成不匹配，而不匹配的转换为已匹配；

4)继续下一个航迹元素的匹配，直到获得将所有点迹集合中元素与航迹集合中不同元素匹配的解。

按上述方案，所述步骤2)中最优二分图匹配过程需满足以下约束：

匹配边阈值设定为相邻两次迭代的时间内目标可能移动的距离最大值，若航迹和点的匹配超过了该阈值则取消它们的关联；