CN102194332A - 一种自适应航迹数据相关方法 - Google Patents
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Abstract
一种自适应航迹数据相关方法,需创建和维护公共数据航迹表和消息队列,航迹表主要维护航迹数据,包含航迹自身属性信息、航迹点信息、序贯长度信息、所处航迹状态信息、所属融合航迹信息等;消息队列内容包含航迹号,航迹批号用于查找对应航迹;通过自动更新航迹相关序贯长度M,并将输入航迹的相关状态区分为“未分配状态”、“不确定分配状态”、“已确定分配状态”三个状态,使得航迹相关算法能够自动地适应目标的不同分布和不同运动状态、不同传感器对目标跟踪维数、跟踪正确率和稳定性的不同,克服其带给相关判决的不利影响。应用该方法,仅将处于“已确定分配状态”的输入航迹进行数据合成,有利于保持融合航迹的精度。
Description
技术领域
本发明属于指挥控制或情报处理技术领域,具体涉及一种自适应航迹数据相关方法,该方法可以用于航迹数据融合系统进行多源航迹的数据相关处理。
背景技术
在各种基于统计理论的航迹数据相关算法中,来源不同的输入航迹的相关判决,都是基于“统计距离”进行运算和决策的。对于具有相同维数、在同一时刻和同一坐标系中表示的两条航迹,统计距离的定义一般为:
式中:
而在实际航迹数据相关中,“序贯”是一种通用的思想,也就是在相关判决中,不仅使用航迹当前时刻信息计算出的统计距离,而是综合使用航迹历史信息计算出的统计距离,即计算:
发明内容
本发明的目的在于提供了一种自适应航迹数据相关方法。本发明将航迹的相关状态区分为“未分配状态”、“不确定分配状态”、“已确定分配状态”三个状态,并通过相关序贯长度的在线计算,实现航迹数据的自适应相关。
本发明是所提供的自适应航迹数据相关方法,其步骤如下:
第1步 创建消息队列和数据区:创建“航迹相关状态变更消息”消息队列,其中,“航迹相关状态变更消息”的内容为相关状态发生变化的航迹的航迹号;创建航迹表、航迹关联关系表等数据区;
第2步接收目标航迹点:这里,将探测设备经点迹提取、点-航关联、滤波处理形成的目标航迹更新数据称为目标航迹点,其中一般包括目标航迹批号、航迹点时刻、该时刻目标的位置、速度等;
第3步判定是否需要在航迹表中创建新航迹:如果输入航迹点在航迹表中找不到对应航迹,则创建新输入航迹,简称为航迹,并将航迹序贯长度置为1;反之则更新对应的航迹;其中航迹表主要维护航迹数据,包含航迹自身属性信息、航迹点信息、序贯长度信息、航迹的相关状态信息、对应融合航迹信息等;
第4步更新航迹相关状态:将新接收的航迹点对应的航迹记为航迹T,并设置航迹T的航迹相关状态为“未分配状态”;
第5步 基本分配:以航迹T当前序贯长度值,进行时间和空间对准,依式(2)计算航迹T与各融合航迹的统计距离,按一对一分配的原则,以选定的相关算法(如最近邻等算法),进行目标分配;若未能将航迹T分配给任何现有融合航迹,则为航迹T创建一个新融合航迹;
第6步 对于因分配而引起关联关系发生变化的其他航迹,更新其相关状态,创建消息:对于分配后所对应的融合航迹发生变化的航迹,记为航迹G,如果航迹G不是航迹T,则设置航迹G的航迹相关状态为“不确定分配状态”,并以航迹G的航迹号创建航迹相关状态变更消息,并加入到消息队列中;
第7步 判定是否为航迹T创建了新的融合航迹:如果为航迹T创建了新的融合航迹,则执行第11步;反之,则执行第8步;
第9.1步确定参评航迹集:为便于描述,将航迹对记为航迹关联对。以航迹在当前时刻的位置为中心,取一个适当大小的连通区域,并以表示该区域内所有航迹的集合。构造参评航迹对集合,其元素的个数记为,构造集合,其元素为构成中航迹对的所有航迹;构造信源的参评航迹集,其元素的个数记为;构造信源的参评航迹集,其元素的个数记为。这里,所有融合航迹被视为来源于同一信源。
第9.3步计算归一化航迹似然度:
第9.4步计算修正因子:以表示信源对航迹的探测不确定区域,以表示被信源的探测范围所覆盖的部分,以表示在目标在的条件下处于中的概率。信源都有一定的虚情率和漏情率。以、分别表示信源的虚情率和漏情率。信源的虚情率和漏情率取先验值,可分别由信源在以往使用中或测试中的统计数据计算确定。对于关联航迹对,定义未关联率为,计算航迹和因虚情和漏情的关联不确定性修正因子。
第9.5步计算航迹关联概率;
第11步 设置航迹T的航迹相关状态为“已确定分配状态”,并执行第13步;
第12步判定航迹T是否拥有足够的历史航迹点来调整其序贯长度:如果航迹T的序贯长度大于当前它的历史航迹点数,则执行第13步;反之,则返回第9步;
第13步 判定消息队列中是否还存在需要处理的消息:如果消息队列不为空,则获取消息中对应航迹信息,记为T,并执行第8步;反之,则返回第2步。
本发明提供的自适应航迹数据相关方法通过自动更新,并将输入航迹的相关状态区分为“未分配状态”、“不确定分配状态”、“已确定分配状态”三个状态,使得航迹相关算法能够根据目标分布、运动状态、传感器探测维数、跟踪稳定性自适应地调整序贯长度,消除固定序贯长度对数据融合的不利影响。同时,仅将处于“已确定分配状态”的输入航迹进行综合处理,有利于保持融合航迹的精度、目标识别的正确率和稳定性。
具体而言,本发明方法具有以下特点:
能够根据目标分布、运动状态、传感器探测维数、跟踪稳定性等自适应地调整航迹相关算法中的序贯长度,尽快地提供可靠的相关判决结果;
将输入航迹区分为多个相关状态,便于融合系统有区别地处理具有不同相关状态的航迹,有利于保持融合航迹的精度、目标识别的正确率和稳定性。
附图说明
图1是本发明的实施步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
本发明一种自适应航迹数据相关方法,序贯长度调整的需创建和维护公共数据航迹表和消息队列,航迹表主要维护航迹表主要维护航迹数据,包含航迹自身属性信息、航迹点信息、序贯长度信息、航迹的相关状态信息、对应融合航迹信息等;消息队列用于存放“航迹相关状态变更消息”,其内容包括相关状态发生变化的航迹的航迹号。图1给出的是本发明的实施步骤示意图。具体实施步骤如下:
(1) 创建消息队列和数据区:
创建消息内容为航迹号的消息队列;其中航迹号用于在航迹表中查找对应的航迹;创建航迹表,用于存储航迹信息;创建航迹关联关系表,用于存储关联关系。
(2) 接收目标航迹点:
接收雷达提取并进行滤波等预处理的目标航迹点,航迹点包含航迹批号tBatch,位置等信息。
(3) 判定是否需要在航迹表中创建新航迹:
在航迹表中查找批号为tBatch对应的原始航迹,如果找不到对应原始航迹,则创建以当前点为起点,批号为tBatch的新输入航迹,简称航迹,加入到航迹表中;反之,则更新航迹表中对应航迹的点迹信息。
(4) 更新航迹相关状态:
将第3步中批号为tBatch的对应航迹记为航迹T,并设置航迹T的航迹状态为“未分配状态”,即航迹状态标识nStatus=0(nStatus=0,表示“未分配状态”;nStatus=1,表示“不确定分配状态”;nStatus=2,表示“已确定分配状态”;下同)。
(5) 基本分配:
基本分配方法有多种策略,可以选择采用对输入航迹与各融合航迹进行时间对准和空间对准、统计距离计算、进行粗关联判决、并采用最近邻相关算法进行航迹分配。
式中:
粗关联判决指的是,若统计距离连续N次大于阈值UpThreshold,则判该输入航迹与该融合航迹不关联。一般,N为整数,N的取值在[3,10]区域内,通常取为3,UpThreshold为实数,UpThreshold的取值一般在[10,30]区域内,通常取为20。
根据相关分配,更新关联关系表,并更改航迹的关联关系变更标识bChangeFlag,其中bChangeFlag为真则表示航迹对应的融合航迹发生变化;反之,则表示关联关系没有变化。
对航迹表中关联关系发生变化的航迹,将其关联关系变更标识bChangeFlag设置为真。但如果给航迹分配的是新创建了的融合航迹,则bChangeFlag仍设置为假。
(6) 对因分配而引起的关联关系发生变化的其他航迹,更新其相关状态,创建消息:
遍历航迹表,查看航迹的关联关系变更标识bChangeFlag,对于bChangeFlag为真的原始航迹,记为航迹G,批号为gBatch。如果航迹G不是航迹T,则设置航迹G的航迹相关状态为1,并以gBatch创建航迹相关状态变更消息,并加入到消息队列中。
(7) 判定是否为航迹T创建了新的融合航迹:
查看航迹T对应的融合航迹F,如果融合航迹F是新创建的融合航迹,则设置T的航迹状态为2,并执行第11步,反之,则执行第8步。
(9) 计算航迹关联不确定度:
计算航迹T与其对应的融合航迹F所组成的关联航迹对的航迹关联不确定度U。假设T来自信源,则下面计算航迹关联不确定度记为,下标中的两个字母分别表示信源号和航迹号。为简化表示,可以省略,即可将简写为,表示所在的水平面。另外假设融合航迹均来自于信源,F记为。则为便于描述,可以记航迹关联对(T,F)为。
1) 确定参评航迹集
将信源的位置投影到平面,并作为一角度为的角的顶点,其中,该角的角等分线通过;以表示信源和信源在平面上的投影落入这个角构成的区域内的航迹所构成的集合。这里,的取值一般在30度到60度之间,建议取45度。构造参评航迹对集合,其元素的个数记为,构造集合,其元素为构成中航迹对的所有航迹;构造信源的参评航迹集,其元素的个数记为;构造信源的参评航迹集,其元素的个数记为。
2) 计算航迹偏差的统计量
3) 计算归一化航迹似然度
4) 计算修正因子
以表示信源对航迹的探测不确定区域,以表示被信源的探测范围所覆盖的部分,以表示在目标在的条件下处于中的概率。探测不确定区域的形状和大小根据航迹的误差协方差矩阵确定,使得目标实际落入该区域内的概率为99.7%;以、分别表示信源的虚情率和漏情率。信源的虚情率和漏情率取先验值,可分别由信源在以往使用中或测试中的统计数据计算确定。对于关联航迹对,定义未关联率为,计算航迹和因虚情和漏情的关联不确定性修正因子。
5) 计算航迹关联概率
6) 计算航迹关联不确定度
(10)判定航迹T是否需要调整其序贯长度:
(11)设置航迹T的航迹状态为2,并执行第13步;
(12)判定航迹T是否拥有足够的历史航迹点来调整其序贯长度:
(13)判定消息队列中是否还存在需要处理的消息:
如果消息队列不为空,则取出队列首部消息,从航迹表中查找对应航迹,记为航迹T,并执行第8步;反之,则返回第2步。
下面,以单个二维雷达和单个红外传感器对四个水面目标跟踪的航迹数据关联的实施过程为例,来说明本发明的具体实施方式。
二维雷达位于东经118.4度、北纬24.6度、高度600米,其距离误差的RMS为50米,方位误差的RMS为0.3度;红外传感器所处位置与二维雷达相同,其方位误差的RMS为0.3度;
四个目标分为两组,第一组记为A1,A2;第二组记为B1,B2;
A1 相对雷达距离为25km,方位为25度,航向为25度,航速约为5 m/s;
A2相对雷达距离为25km,方位为26度,航向为26度,航速为约5 m/s;
B1相对雷达距离为30km,方位为75度,航向为75度,航速约为5 m/s;
B2相对雷达距离为30km,方位为78度,航向为78度,航速约为5 m/s;
对于该次仿真实验,本发明各步骤的进一步说明如下:
在第1步中,创建名为“CorrelationQueue”的消息队列,用于接收消息,初始为空;创建名为“TrackTable”的航迹表,用于存储航迹信息,包含航迹自身属性信息、航迹点信息、序贯长度信息、航迹的相关状态信息、对应融合航迹信息等,初始为空;创建名为“CorrelationTable”的航迹关联关系表,用于存储关联关系,初始为空。进入第2步。
在第2步中,创建名为“InputMsgBuf”的缓存来接收输入到本方法模块的航迹点数据,航迹点数据包含航迹批号,位置信息等;雷达探测到的A1的ID为1001,A2的ID为1002,B1的ID为1003,B2的ID为1004,红外传感器探测到的A1的ID为2001,A2的ID为2002,B1的ID为2003,B2的ID为2004;融合航迹从9001开始编号。进入第3步。
在第3步中,对于接收到的航迹点pTrackPoint,遍历航迹表TrackTable中的航迹,查看是否存在与pTrackPoint批号所对应的航迹。如果存在,则将pTrackPoint的位置等信息加入到对应的航迹历史点信息中;反之,则以pTrackPoint为起始点创建新航迹,加入到TrackTable中。进入第4步。
在第4步中,将第3步中的新接收的航迹点对应的航迹tTrackMsg的航迹相关状态标识nStatus设为0;进入第5步。
在第5步中,采用对输入航迹与各融合航迹进行时间和空间对准、统计距离计算、进行粗关联判决、并采用最近邻相关算法进行航迹分配。
式中:
用分配结果,更新关联关系表,并更改航迹关联关系变更标识bChangeFlag,其中bChangeFlag为真则表示航迹对应的融合航迹发生变化;反之,则表示关联关系没有变化。
当表中关联关系发生变化的航迹,将其关联关系变更标识bChangeFlag设置为真。但如果给航迹创建了新的融合航迹,则bChangeFlag仍设置为假。进入第6步。
在第6步中,遍历航迹表,查看航迹的关联关系变更标识bChangeFlag,对于bChangeFlag为真的航迹,记为gTrackMsg,批号为gBatch。如果航迹gTrackMsg不是航迹tTrackMsg,则设置gTrackMsg的航迹相关状态nStatus为1,并创建gBatch的消息,并加入到消息队列中。例如本例中ID=1001的航迹在Ts=17445的更新数据过程中,根据第5步计算结果,改变了航迹的相关关系:ID=1001的航迹选择与ID=1002的融合航迹关联,同时也导致ID=1002的航迹的相关关系的变化、选择与ID=9001的融合航迹关联。则将以1002为内容加入到消息队列中,并进入第7步。
在第7步中,查看航迹tTrackMsg对应的融合航迹fusionTrack,如果航迹fusionTrack是新创建的融合航迹,则设置tTrackMsg的航迹状态nStatus为2,并执行第11步,反之,则执行第8步。
在第9步中,计算航迹tTrackMsg与其对应的融合航迹fusionTrack所组成的关联航迹对的航迹关联不确定度为tU,并进入第10步。
在第10步中,比较tU与阈值1的大小,如果tU<=1,则进入第11步;反之,则将tTrackMsg的序贯长度加1,并进入第12步。本例中ID=1001与ID=1002的原始航迹位置很近,所以ID=1001的原始航迹在拥有了11个历史航迹点以后,经过处理,序贯长度调整为11;此后关联关系稳定,且航迹关联不确定度维持在1以下;而ID=1003与ID=1004的原始航迹位置相对较远,所以ID=1003的原始航迹在经过5个周期后,序贯长度调整6;此后关联关系稳定,且航迹关联不确定度维持在1以下;约经过11个周期后,四个目标均能稳定正确跟踪。
在第11步中,将tTrackMsg的航迹相关状态nStatus设置为2,进入第13步。
在第12步中,比较tTrackMsg的历史航迹点数与它的序贯长度的大小,如果序贯长度大于历史点数,则进入第13步;反之,则返回第9步。本例中ID=1001在开始的几个周期内没有足够的历史航迹点来进行序贯长度调整,所以它的航迹相关状态一直为“不确定分配状态”,每次序贯长度也随着历史点数的累积在增加,直到11个点后开始稳定。
在第13步中,遍历消息队列CorrelationQueue,例如在Ts=17445的更新数据处理过程中到达此步时候,存在ID=1002为内容的消息,根据ID=1002,利用航迹表TrackTable,查找到对应的原始航迹tTrackMsg,进入第8步,直到消息队列为空,则进入到第2步。
本发明不仅局限于上述具体实施方式,本领域一般技术人员根据本发明公开的内容,可以采用其它多种具体实施方式实施本发明,因此,凡是采用本发明的技术思路,做一些简单的变化或更改的设计,都落入本发明保护的范围。
Claims (2)
1.一种自适应航迹数据相关方法,其特征在于:其步骤如下:
第1步 创建消息队列和数据区:创建“航迹相关状态变更消息”消息队列,其中,“航迹相关状态变更消息”的内容为相关状态发生变化的航迹的航迹号;创建航迹表、航迹关联关系表数据区;
第2步接收目标航迹点:这里,将探测设备经点迹提取、点-航关联、滤波处理形成的目标航迹更新数据称为目标航迹点,其中一般包括目标航迹批号、航迹点时刻、该时刻目标的位置、速度;
第3步判定是否需要在航迹表中创建新航迹:如果输入航迹点在航迹表中找不到对应航迹,则创建新输入航迹,简称为航迹,并将航迹序贯长度 置为1;反之则更新对应的航迹;其中航迹表主要维护航迹数据,包含航迹自身属性信息、航迹点信息、序贯长度信息、航迹的相关状态信息、对应融合航迹信息;
第4步更新航迹相关状态:将新接收的航迹点对应的航迹记为航迹T,并设置航迹T的航迹相关状态为“未分配状态”;
第5步 基本分配:以航迹T当前序贯长度值,依式(2)计算航迹T与各融合航迹的统计距离,按一对一分配的原则,以选定的相关算法(如最近邻等算法),进行目标分配;若未能将航迹T分配给任何现有融合航迹,则为航迹T创建一个新融合航迹;
第6步 对于因分配而引起关联关系发生变化的其他航迹,更新其相关状态,创建消息:对于分配后所对应的融合航迹发生变化的航迹,记为航迹G,如果航迹G不是航迹T,则设置航迹G的航迹相关状态为“不确定分配状态”,并以航迹G的航迹号创建航迹相关状态变更消息,并加入到消息队列中;
第7步 判定是否为航迹T创建了新的融合航迹:如果为航迹T创建了新的融合航迹,则执行第11步;反之,则执行第8步;
第11步 设置航迹T的航迹相关状态为“已确定分配状态”,并执行第13步;
第12步 判定航迹T是否拥有足够的历史航迹点来调整其序贯长度:如果航迹T的序贯长度大于当前它的历史航迹点数,则执行第13步;反之,则返回第9步;
第13步 判定消息队列中是否还存在需要处理的消息:如果消息队列不为空,则获取消息中对应航迹信息,记为航迹T,并执行第8步;反之,则返回第2步。
2.根据权利要求1所述的一种自适应航迹数据相关方法,其特征在于:所述步骤第9步,按照下述方法计算航迹关联不确定度:
第9.1步确定参评航迹集:为便于描述,将航迹对记为航迹关联对;以航迹在当前时刻的位置为中心,取一个适当大小的连通区域,并以表示该区域内所有航迹的集合;构造参评航迹对集合,其元素的个数记为,构造集合,其元素为构成中航迹对的所有航迹;构造信源的参评航迹集,其元素的个数记为;构造信源的参评航迹集,其元素的个数记为;这里,所有融合航迹被视为来源于同一信源;
第9.3步计算归一化航迹似然度:
第9.4步计算修正因子:以表示信源对航迹的探测不确定区域,以表示被信源的探测范围所覆盖的部分,以表示在目标在的条件下处于中的概率;信源都有一定的虚情率和漏情率;以、分别表示信源的虚情率和漏情率;信源的虚情率和漏情率取先验值,可分别由信源在以往使用中或测试中的统计数据计算确定;对于关联航迹对,定义未关联率为,计算航迹和因虚情和漏情的关联不确定性修正因子;
第9.5步计算航迹关联概率;
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