CN106405510B - 一种基于伪滑窗l判决准则的航迹删除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于伪滑窗的航迹删除方法，考虑了在窄波束边扫描变跟踪雷达跟踪系统中，不同目标被观测到的时间间隔不同的情况，跟踪的同时根据雷达波束扫描规律实时判定目标是否被雷达回波照射，雷达实时跟踪情况将滑窗区分为有效和伪滑窗，对航迹进行管理的时候剔除掉伪滑窗，以忽略雷达照射不到目标所在区域时其对航迹删除决策的影响，若航迹在连续L个有效的滑窗内没关联到量测，则认为该航迹为虚假航迹并删除。由于航迹删除过程中，将划窗划分为有效和伪滑窗，只关注有效滑窗，这种方法称为伪滑窗L准则。本发明在跟踪的同时，根据雷达波束的实时监控区域，对滑窗动态调整，并据此对航迹做出合理的判决。

Description

一种基于伪滑窗L判决准则的航迹删除方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，特别设计边扫描变跟踪雷达系统多目标跟踪技术领域。
背景技术
边扫描变跟踪雷达是一种多目标跟踪雷达，在跟踪目标的同时分出一部分波束对空域进行搜索。由于一部雷达系统的时间能量资源有限，要实现对更多批次目标的搜索和跟踪，需要尽可能提高雷达系统的时间能量资源利用率。为此，出现了各种系统资源自适应调度算法。其中，针对多目标跟踪问题提出的自适应调整数据率的目标跟踪算法一般采用的策略为：在满足跟踪精度要求情况下，根据目标的运动状态自适应选择合适的数据更新率，尽可能减少对每个目标的累计照射时间,以消耗最少的系统时间能量资源。一般，当目标机动性较大时，采用高采样率进行扫描；目标机动性较小时采用低采样率。尽管交互式多模型滤波器可以用于机动性目标跟踪问题，但当目标的机动性很大时，交互式多模型算法很难反应目标的机动性，因此仍然需要较高的采样率。存在的问题是：当抽样频率很高时，由于跟踪波束每次只能照射到部分区域，需要连续多个扫描波束才能扫完整个监控区域。于是，目标可能连续多帧检测不到。
在杂波干扰背景下，跟踪过程中可能会将杂波误认为一个目标并建立一条航迹，这就需要在跟踪过程中判断哪些是虚假航迹并予以删除，以提高跟踪性能。一个可行的方法就是在航迹更新过程中根据某种准则删除掉一部分航迹，而这个准则就是所谓的航迹删除准则。在传统跟踪算法中，一种常用的航迹删除技术是基于滑窗L判决准则航迹删除算法：当一条航迹连续几帧都没有关联到点迹，而只能靠外推预测位置进行更新时，那么这条航迹很可能就是一条虚假航迹。但由于在实际的边扫描边跟踪系统中，雷达需要多次扫描才能覆盖整个区域，目标在这多个扫描间隔内可能只能被观测到一次。即使是已经被锁定的目标，也可能由于目标数量过大而与很多目标共享一个雷达波束。因此，目标很可能在连续多帧内都检测不到，那么根据传统的航迹删除方法，真实航迹就可能会被误认为是虚假航迹而删除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够跟踪多个采样间隔随时间变化的目标的航迹确认从而进行航迹删除的方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于伪滑窗L判决准则的航迹删除方法，包括以下步骤：
步骤1、初始化参数，包括数据关联门限γ，航迹删除阈值L；
步骤2、当观测的帧数k达到航迹判决基数时，对第k帧量测zk与所有航迹进行数据关联；
步骤3、根据关联结果更新航迹的状态：若航迹关联到量测，则基于卡尔曼滤波算法更新目标状态；否则，不对目标状态进行更新；
步骤4、根据关联结果更新航迹对应的滑窗：
若第i条航迹关联到量测，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝1，i＝1,2，…,m，m为航迹条数；
若第i条航迹关联未到量测，且目标的预测位置不在当前雷达波束照射区域，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝0；1、0均表示有效滑窗；
若第i条航迹关联未到量测，且目标的预测位置在当前雷达波束照射区域，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝inf；inf表示伪滑窗；
步骤5、查找1到k时刻第i条航迹的航迹关联标志Mt(：,i)提取有效滑窗向量M'；
步骤6、对有效滑窗向量M'根据L判决准则进行航迹删除。
本发明考虑了在窄波束边扫描变跟踪雷达跟踪系统中，不同目标被观测到的时间间隔不同的情况，跟踪的同时根据雷达波束扫描规律实时判定目标是否被雷达回波照射，雷达实时跟踪情况将滑窗区分为有效和伪滑窗，对航迹进行管理的时候剔除掉伪滑窗，以忽略雷达照射不到目标所在区域时其对航迹删除决策的影响，若航迹在连续L个有效的滑窗内没关联到量测，则认为该航迹为虚假航迹并删除。由于航迹删除过程中，将划窗划分为有效和伪滑窗，只关注有效滑窗，这种方法称为伪滑窗L准则。本发明在跟踪的同时，根据雷达波束的实时监控区域，对滑窗动态调整，并据此对航迹做出合理的判决。
本发明的有益效果是，有效地解决了在窄波束边扫描变跟踪雷达跟踪系统中传统航迹删除方法可能将真实航迹被误认为虚假航迹的问题，简单易行，可以在边扫描变跟踪雷达体系中及微弱目标跟踪中实现虚假航迹的删除，降低了航迹误删了概率。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为雷达检测后得到的点迹和真实航迹图；
图3为本发明与传统基于滑窗L判决准则航迹删除技术的成功跟踪航迹条数对比图；
图4为本发明与传统基于滑窗L判决准则航迹删除技术的跟踪精度对比图。
具体实施方式
为了方便描述本发明的内容，首先对以下术语进行解释：
1：L判决准则
现有用于判断航迹是否为虚假航迹的逻辑判决准则，当目标连续L帧内没有被观测到，则认为该航迹为虚假航迹。
2：伪滑窗
滑窗在本发明中指用于标记n个假设事件的向量，若第k(k＝1,2,……,n)个事件为真，则第k个滑窗标记为1，否则，则标记为0。本发明中增加了一种中间状态inf，中间状态的滑窗认为是无效的，进行相关处理时会删除无效滑窗，因此称为伪滑窗。有效滑窗指标记为1或0的滑窗。
3：恒虚警检测
在实际干扰环境下提供可预知的检测和虚警，从而可以准确地设定检测门限的一种现有技术，具有这种特性的检测器称为恒虚警检测器。
4：数据关联
在跟踪目标时，除了附加噪声的不确定性外，观测还具有杂波造成的来源不确定性。对量测数据和估计航迹进行配对的过程称为数据关联，数据关联为一种常用的数据处理方法。
本发明提出了一种基于伪滑窗L判决准则的航迹删除技术，步骤如下：
步骤1、初始化参数，包括数据关联门限γ，航迹删除阈值L，假设已经成功起始航迹，时间帧k＝3；
步骤2、第k帧量测与所有航迹进行数据关联，n为检测到的量测个数，如果满足下式，则认为关联成功：
v'(k)S-1(k)v(k)<γ2
其中，’表示转置，v(k)表示量测zk与预测位置的差值，分别为k时刻的状态预测，H表示状态转移矩阵
S(k)表示v(k)的协方差矩阵；这里使用量测与预测位置的马氏距离小于固定门限值γ则认为量测和航迹来自同一目标的关联方式，也可以使用现有其他数据关联方式进行量测与航迹的关联方法；
步骤3、根据关联结果更新航迹的状态：若航迹关联到量测，则基于卡尔曼滤波算法更新目标状态；否则，不对目标状态进行更新；
步骤4、根据关联结果更新航迹对应的滑窗：
若第i条航迹关联到量测，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝1，i＝1,2，…,m，m为航迹条数；
若第i条航迹关联未到量测，且目标的预测位置不在当前雷达波束照射区域，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝0；
若第i条航迹关联未到量测，且目标的预测位置在当前雷达波束照射区域，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝inf，inf为无穷大；
步骤5、查找1到k时刻第i条航迹的航迹关联标志Mt(：,i)中0或1元素的索引或者删除Mt(：,i)中inf的索引，根据提取出的索引或者删除后剩下的索引，就能提取出第i条航迹对应的有效滑窗向量M'；
步骤6、基于伪滑窗L判决准则进行航迹删除，本发明的基于伪滑窗L判决是指在删除了伪滑窗的前提下只对有效滑窗进行的L判决：
若有效滑窗向量M'长度大于或等于航迹删除阈值L，则对第i条航迹继续维持；航迹删除阈值L通常取值为4到6；
若有效滑窗向量M'长度小于航迹删除阈值L，则删除第i条航迹；
步骤7、判断当前观测帧数k，是否满足k＝K，如是，观测结束，否则令k＝k+1，返回步骤2进行下一帧的观测，K为总的观测帧数。这里，观测时刻与观测帧数的起点、终点与计数方式相同，均用变量k表示。
本发明主要采用计算机仿真的方法进行验证，所有步骤、结论都在MATLAB-R2013b上验证正确。如图2所示，共有2个目标在一个二维平面上做匀速直线运动，目标被扫描到的时间间隔是不固定的。图3为100次蒙特卡洛试验下雷达跟踪到的目标个数，结果表明：传统航迹删除方法下，目标仅被跟踪到不足0.1条，而本发明达到1.6条，大大提高了成功跟踪概率。图4为跟踪精度对比，由于成功跟踪概率低，传统跟踪算法的均方根误差(RMSE)维持在最大跟踪误差附近；而本发明的均方根误差显然大大降低。其中，本发明的RMSE曲线起伏的原因是雷达连续多帧观测不到目标导致误差积累，检测到目标时，状态估计得到修正，于是误差骤然降低。
通过本发明具体实施方式可以看出，本发明可以很好的实现对抽样间隔随时间变化的目标的跟踪。同时，本发明还可以解决集中式跟踪系统多传感器异步通信时相同的问题。可以应用于水下被动定位声呐跟踪等领域。

Claims (1)

1.一种基于伪滑窗L判决准则的航迹删除方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、初始化参数，包括数据关联门限γ，航迹删除阈值L；
步骤2、当观测的帧数k达到航迹判决基数时，对第k帧量测zk与所有航迹进行数据关联；
步骤3、根据关联结果更新航迹的状态：若航迹关联到量测，则基于卡尔曼滤波算法更新目标状态；否则，不对目标状态进行更新；
步骤4、根据关联结果更新航迹对应的滑窗：
若第i条航迹关联到量测，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝1，i＝1,2，…,m，m为航迹条数；
若第i条航迹关联未到量测，且目标的预测位置不在当前雷达波束照射区域，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝0；Mt(k,i)为1或0时，均表示有效滑窗；
若第i条航迹关联未到量测，且目标的预测位置在当前雷达波束照射区域，则更新k时刻的第i条航迹关联标志Mt(k,i)＝inf；inf表示无穷大，Mt(k,i)＝inf时，表示伪滑窗；
步骤5、查找1到k时刻第i条航迹的航迹关联标志Mt(：,i)提取有效滑窗向量M'；
步骤6、对有效滑窗向量M'根据L判决准则进行航迹删除。
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