[发明专利]一种针对多帧检测前跟踪点迹序列的粒子滤波方法

摘要

本发明提供一种针对多帧检测前跟踪点迹序列的粒子滤波方法。本法米国内发明利用多帧检测前跟踪处理得到的短航迹对目标状态进行滤波处理，可以提高了对目标状态估计的精度；对多帧检测前跟踪处理得到的短航迹做进一步处理，实现了对目标的长时间跟踪，解决了多帧检测前跟踪方法不能提供目标完整航迹信息的问题；可以迭代的对目标状态进行实时估计，并且没有引入过多的存储量和计算量；通过粒子状态预测，可以有效解决低信噪比微弱目标检测前跟踪可能出现的漏检问题，保证了航迹的连续性。

主权项

一种针对多帧检测前跟踪点迹序列的粒子滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)变量初始化：初始化总仿真时间K、一次检测前跟踪处理帧数N；检测前跟踪处理门限V_T、检测前跟踪量测可能范围γ、一次多帧检测前跟踪处理第n帧的检测概率n＝1,2,…,N、雷达扫描周期T、目标状态转移矩阵F、观测矩阵H、过程噪声协方差Q、粒子数N_s、x和y方向的距离范围[x_min,x_max]和[y_min,y_max]、x和y方向的速度范围和步骤2)粒子集初始化：初始化时间变量k＝1与第i个粒子状态在x和y方向位置和速度状态$x_k^i={[x_k^i,{\stackrel{\·}{x}}_k^i,y_k^i,{\stackrel{\·}{y}}_k^i]}^T,i=\mathrm{1,2},...,N_s{[\·]}^T$表示转置；初始化粒子集初始化完成后，进入步骤4)；步骤3)状态预测：利用k‑1时刻的粒子集对k时刻进行预测：得到预测粒子集是过程噪声协方差Q的过程噪声，F为目标状态转移矩阵；当第i个粒子状态中元素大于其最大范围的，则将最大范围值赋值给该元素，并设置该粒子对应的权值置为0；步骤4)多帧检测前跟踪处理：从雷达接收机中读取第k‑N+1,k‑N+2,…,k帧回波数据，当k≤N，则从雷达接收机中读取第1,2,…,k帧回波数据；当第k次检测前跟踪处理中存在量测结果，则进入步骤5)，否则进入步骤7)；存在量测结果即表示量测结果超过门限；步骤5)权值更新：k≤N，则量测结果为$z_{k-N+1,k-N+2,...,k}^{t_k}=[z_{k-N+1}^{t_k},z_{k-N+2}^{t_k},...,z_k^{t_k}],$则更新粒子权值：$w_k^i=P\left(z_1^N\right|x_1^{i_1})P\left(z_2^N\right|x_2^{i_2})...P\left(z_k^N\right|x_{k|k-1}^i),i=\mathrm{1,2},...,N_s;$当k>N，量测结果为开始更新粒子权值：$w_k^i=P\left(z_{k-N+1}^{t_k}\right|x_{k-N+1}^{i_k-N+1})P\left(z_{k-N+2}^{t_k}\right|x_{k-N+2}^{i_k-N+2})...P\left(z_k^{t_k}\right|x_{k|k-1}^i),i=\mathrm{1,2},...,N_s;$表示最后一帧时刻为t_k的检测前跟踪处理得到的第l帧量测结果，表示对应父粒子的状态，当l≤k‑1，用表示对应父粒子的状态；P表示似然概率；表示向下取整，H为观测矩阵，量测范围变量△_x和△_y的取值范围均为且△_x和△_y均不等于零；当γ＝1时似然概率的计算式中无中间项；计算更新后的粒子权值和再对粒子权值归一化处理进入步骤6)步骤6)对权值更新后的粒子集进行系统重采样；6.1)初始化6.2)对于所有i＝2,3,…,N_s，计算6.3)产生随机数u₁，u₁服从范围内的均匀分布；6.4)令i＝1，对于所有j＝1,2,…,N_s，执行计算：当u_j>c_i，则更新i＝i+1，返回判断u_j>c_i是否成立，如果成立则继续更新i＝i+1，直至u_j≤c_i；再令并记录该粒子的父粒子i^j＝i；重采样后的粒子集表示为进入步骤7)步骤7)目标状态估计：对所有重采样后的粒子状态加权平均得到第k时刻的目标状态估计结果；步骤8)更新k＝k+1，当k≤K，返回步骤3)，否则N帧粒子滤波结束。