CN108872975A - 用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置及存储介质 - Google Patents
用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置以及存储介质，该方法包括：经由车载毫米波雷达获取针对目标对象的在极坐标系下的当前运动状态测量数据；将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据；基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。本发明所公开的方法及装置占用资源较少并且处理效率较高。
Description
技术领域
本发明涉及估计方法、装置及存储介质，更具体地，涉及用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置及存储介质。
背景技术
目前，随着车辆的日益发展和普及，使用车载毫米波雷达对目标(例如行人或行驶中的其他车辆)进行识别和跟踪以辅助驾驶员安全驾驶变得越来越重要。
在现有的技术方案中，典型地通过如下方式实施目标识别和跟踪：(1)经由车载毫米波雷达检测目标的运动状态以根据测量值获得该目标与所述车载毫米波雷达驻留于其上的车辆之间的在极坐标下的相对运动数据，所述相对运动数据例如包括相对距离、方位角以及径向速度；(2)根据所述在极坐标下的相对运动数据并基于最优估计算法计算该目标与该车辆之间的在笛卡尔坐标系下的相对运动数据，其中，所述在笛卡尔坐标系下的相对运动数据包括相对位置、侧向和/或纵向速度、侧向和/或纵向加速度等等。
然而，上述现有的技术方案存在如下问题：由于需要根据非线性形式的极坐标下的相对运动数据来计算出在笛卡尔坐标系下的相对运动数据，故典型地需要使用包含复杂的浮点运算操作的最优化估计算法(诸如扩展卡尔曼滤波算法)，由此导致资源占用率较高并且致使系统处理效率和性能下降。
因此，存在如下需求：提供占用资源较少并且处理效率较高的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置及存储介质。
发明内容
为了解决上述现有技术方案所存在的问题，本发明提出了占用资源较少并且处理效率较高的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置及存储介质。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其包括下列步骤：
(A1)经由车载毫米波雷达获取针对目标对象的在极坐标系下的当前运动状态测量数据；
(A2)将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据；
(A3)基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据包括所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、所述目标对象的径向速度。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据包括：所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离、以及所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A2)进一步包括：以如下公式将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据：
Z1(t)＝[R(t) θ(t) γ(t)]T
Z(t)＝[Lx(t)′ Vx(t)′ 0 Ly(t)′ Vy(t)′ 0]T
其中
Lx(t)′＝R(t)sinθ(t)
Vx(t)′＝γ(t)sinθ(t)
Ly(t)′＝R(t)cosθ(t)
Vy(t)′＝γ(t)cosθ(t)
其中，Z1(t)是所述目标对象的t时刻的在极坐标系下的当前运动状态测量数据、Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，R(t)是所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、θ(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、γ(t)是所述目标对象的径向速度。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，W(t)是过程噪声，F是状态转移矩阵，X(t-1)是上一时刻运动状态参数最优估计值，并且其中，所述目标对象的t时刻的运动状态参数最优估计值由下式表示：
X(t)＝[Lx(t) Vx(t) Ax(t) Ly(t) Vy(t) Ay(t)]T
其中，Lx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离，Vx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向加速度，Ly(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离，Vy(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，并且F的值下式定义：
其中，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，P(t-1)是所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差，Q是系统过程噪声的协方差。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益：
其中，kg(t)是卡尔曼增益，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，R是测量过程噪声的协方差，H是测量参数矩阵，其由下式定义：
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值以及所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值：
其中，X(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，kg(t)是卡尔曼增益，H是所述测量参数矩阵。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度：
其中，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度，Vx(t)是当前时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Vx(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度：
其中，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度，Vy(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
在上面所公开的方案中，示例性地，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，以供下一时刻使用：
其中，P(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，I是单位矩阵。
本发明的目的也可以通过以下技术方案实现：
一种用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置，其包括：
测量单元，所述测量单元被配置为经由车载毫米波雷达获取针对目标对象的在极坐标系下的当前运动状态测量数据；
数据转换单元，所述数据转换单元被配置为将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据；
最优估计值计算单元，所述最优估计值计算单元被配置为基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
本发明的目的也可以通过以下技术方案实现：
一种用于存储计算机指令的存储介质，所述计算机指令能够被一个或多个处理器执行以实施如前面所述的方法。
本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法、装置及存储介质具有下列优点：由于通过坐标系转换操作而将非线性运算转化为线性运算，故显著地降低了资源占用率并提高了数据处理性能和效率。
附图说明
结合附图，本发明的技术特征以及优点将会被本领域技术人员更好地理解，其中：
图1是根据本发明的实施例的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的流程图。
图2是根据本发明的实施例的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的示意性结构图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的流程图。如图1所示，本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法包括下列步骤：(A1)经由车载毫米波雷达获取针对目标对象(例如行人或行驶中的其他车辆)的在极坐标系下的当前运动状态测量数据；(A2)将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据；(A3)基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据包括所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、所述目标对象的径向速度。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据包括：所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离、以及所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A2)进一步包括：以如下公式将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据：
Z1(t)＝[R(t) θ(t) γ(t)]T
Z(t)＝[Lx(t)′ Vx(t)′ 0 Ly(t)′ Vy(t)′ 0]T
其中
Lx(t)′＝R(t)sinθ(t)
Vx(t)′＝γ(t)sinθ(t)
Ly(t)′＝R(t)cosθ(t)
Vy(t)′＝γ(t)cosθ(t)
其中，Z1(t)是所述目标对象的t时刻的在极坐标系下的当前运动状态测量数据、Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，R(t)是所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、θ(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、γ(t)是所述目标对象的径向速度。由上可见，由于将非线性的极坐标系下的当前运动状态测量数据通过转换公式转变为线性形式的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，故能够在随后的计算过程中去除浮点运算操作，从而显著地减少资源占用率并且提高数据处理性能和速度。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，W(t)是过程噪声，F是状态转移矩阵，X(t-1)是上一时刻运动状态参数最优估计值，并且其中，所述目标对象的t时刻的运动状态参数最优估计值由下式表示：
X(t)＝[Lx(t) Vx(t) Ax(t) Ly(t) Vy(t) Ay(t)]T
其中，Lx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离，Vx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向加速度，Ly(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离，Vy(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，并且F的值下式定义：
其中，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，P(t-1)是所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差，Q是系统过程噪声的协方差。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益：
其中，kg(t)是卡尔曼增益，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，R是测量过程噪声的协方差，H是测量参数矩阵，其由下式定义：
由上可见，由于将非线性的极坐标系下的当前运动状态测量数据通过转换公式转变为线性形式的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，故测量参数矩阵得到了简化，从而能够显著的提高运算速度和效率。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值以及所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值：
其中，X(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，kg(t)是卡尔曼增益，H是所述测量参数矩阵。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度：
其中，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度，Vx(t)是当前时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Vx(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度：
其中，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度，Vy(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的一个实施例中，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，以供下一时刻使用：
其中，P(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，I是单位矩阵。
由上可见，本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法具有下列优点：由于通过坐标系转换操作而将非线性运算转化为线性运算，故显著地降低了资源占用率并提高了数据处理性能和效率。
图2是根据本发明的实施例的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的示意性结构图。如图2所示，本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置包括测量单元1、数据转换单元2以及最优估计值计算单元3。所述测量单元1被配置为经由车载毫米波雷达获取针对目标对象(例如行人或行驶中的其他车辆)的在极坐标系下的当前运动状态测量数据。所述数据转换单元2被配置为将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据。所述最优估计值计算单元3被配置为基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据包括所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、所述目标对象的径向速度。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据包括：所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离、以及所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述数据转换单元2进一步被配置为以如下公式将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据：
Z1(t)＝[R(t) θ(t) γ(t)]T
Z(t)＝[Lx(t)′ Vx(t)′ 0 Ly(t)′ Vy(t)′ 0]T
其中
Lx(t)′＝R(t)sinθ(t)
Vx(t)′＝γ(t)sinθ(t)
Ly(t)′＝R(t)cosθ(t)
Vy(t)′＝γ(t)cosθ(t)
其中，Z1(t)是所述目标对象的t时刻的在极坐标系下的当前运动状态测量数据、Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，R(t)是所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、θ(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、γ(t)是所述目标对象的径向速度。由上可见，由于将非线性的极坐标系下的当前运动状态测量数据通过转换公式转变为线性形式的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，故能够在随后的计算过程中去除浮点运算操作，从而显著地减少资源占用率并且提高数据处理性能和速度。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为以如下公式确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，W(t)是过程噪声，F是状态转移矩阵，X(t-1)是上一时刻运动状态参数最优估计值，并且其中，所述目标对象的t时刻的运动状态参数最优估计值由下式表示：
X(t)＝[Lx(t) Vx(t) Ax(t) Ly(t) Vy(t) Ay(t)]T
其中，Lx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离，Vx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向加速度，Ly(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离，Vy(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，并且F的值下式定义：
其中，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为根据如下公式基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，P(t-1)是所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差，Q是系统过程噪声的协方差。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为根据如下公式基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益：
其中，kg(t)是卡尔曼增益，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，R是测量过程噪声的协方差，H是测量参数矩阵，其由下式定义：
由上可见，由于将非线性的极坐标系下的当前运动状态测量数据通过转换公式转变为线性形式的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，故测量参数矩阵得到了简化，从而能够显著的提高运算速度和效率。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值以及所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为根据如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值：
其中，X(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，kg(t)是卡尔曼增益，H是所述测量参数矩阵。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度：
其中，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度，Vx(t)是当前时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Vx(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度：
其中，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度，Vy(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
示例性地，在本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的一个实施例中，所述最优估计值计算单元3进一步被配置为以如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，以供下一时刻使用：
其中，P(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，I是单位矩阵。
此外，在本发明的各个实施例中，所述测量单元1、数据转换单元2以及最优估计值计算单元3可以均位于车辆(例如电动车辆)的中央控制器中或者各自位于任何其他类型的独立的或集成的控制器中，例如但不限于电子控制单元(ECU)、视频信号处理器、数据处理单元等等，并且所述测量单元1、数据转换单元2以及最优估计值计算单元3可以被实现为任何形式的实体或程序，例如但不限于软件、固件或专用集成电路等等。
此外，本发明也公开包含上述任一个实施例所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的目标跟踪系统。
此外，本发明也公开包含上述任一个实施例所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的车辆。
由上可见，本发明所公开的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置具有下列优点：由于通过坐标系转换操作而将非线性运算转化为线性运算，故显著地降低了资源占用率并提高了数据处理性能和效率。
此外，本发明也公开用于存储计算机指令的存储介质，所述计算机指令能够被一个或多个处理器执行以实施如前面所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法。
本发明还提供控制器，其包括存储器与处理器，存储器中存储有程序指令，该程序指令在被该处理器执行时能够实现如上文所描述的任意一种用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法。应该理解到，存储器中存储的指令是与它在被处理器执行时能够实现的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的具体示例的步骤对应的。在指令执行过程中，执行步骤可控的情况下，该指令也可以是能够使得处理器在执行该指令时实现如上所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法的各个示例的指令。
尽管本发明是通过上述的优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到：在不脱离本发明主旨和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。
Claims (20)
1.一种用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其包括下列步骤：
(A1)经由车载毫米波雷达获取针对目标对象的在极坐标系下的当前运动状态测量数据；
(A2)将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据；
(A3)基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
2.根据权利要求1所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据包括所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、所述目标对象的径向速度。
3.根据权利要求2所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据包括：所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度、所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离、以及所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度。
4.根据权利要求3所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A2)进一步包括：以如下公式将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据：
Z1(t)＝[R(t) θ(t) γ(t)]T
Z(t)＝[Lx(t)′ Vx(t)′ 0 Ly(t)′ Vy(t)′ 0]T
其中
Lx(t)′＝R(t)sinθ(t)
Vx(t)′＝γ(t)sinθ(t)
Ly(t)′＝R(t)cosθ(t)
Vy(t)′＝γ(t)cosθ(t)
其中，Z1(t)是所述目标对象的t时刻的在极坐标系下的当前运动状态测量数据、Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，R(t)是所述目标对象至所述车载毫米波雷达的直线距离、θ(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的方位角、γ(t)是所述目标对象的径向速度。
5.根据权利要求4所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值。
6.根据权利要求5所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式确定所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，W(t)是过程噪声，F是状态转移矩阵，X(t-1)是上一时刻运动状态参数最优估计值，并且其中，所述目标对象的t时刻的运动状态参数最优估计值由下式表示：
X(t)＝[Lx(t) Vx(t) Ax(t) Ly(t) Vy(t) Ay(t)]T
其中，Lx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向距离，Vx(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向加速度，Ly(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向距离，Vy(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向速度，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，并且F的值下式定义：
其中，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
7.根据权利要求6所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差。
8.根据权利要求7所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式基于所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差：
其中，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，P(t-1)是所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值的协方差，Q是系统过程噪声的协方差。
9.根据权利要求8所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益。
10.根据权利要求9所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差计算卡尔曼增益：
其中，kg(t)是卡尔曼增益，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，R是测量过程噪声的协方差，H是测量参数矩阵，其由下式定义：
11.根据权利要求10所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：基于所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值以及所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
12.根据权利要求11所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：根据如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值：
其中，X(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值，Z(t)是所述目标对象的t时刻的在笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据，kg(t)是卡尔曼增益，H是所述测量参数矩阵。
13.根据权利要求12所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度：
其中，Ax(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前横向加速度，Vx(t)是当前时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，Vx(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的横向速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
14.根据权利要求13所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度：
其中，Ay(t)是所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的当前纵向加速度，Vy(t-1)是上一时刻所述目标对象相对于所述车载毫米波雷达的纵向加速度，t是上一时刻至当前时刻所经过的时间(即目标检测间隔)。
15.根据权利要求14所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计方法，其特征在于，所述步骤(A3)进一步包括：以如下公式计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，以供下一时刻使用：
其中，P(t)是所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值的协方差，是所述目标对象的当前时刻运动状态参数预测值的协方差，I是单位矩阵。
16.一种用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置，其包括：
测量单元，所述测量单元被配置为经由车载毫米波雷达获取针对目标对象的在极坐标系下的当前运动状态测量数据；
数据转换单元，所述数据转换单元被配置为将所获取的所述在极坐标系下的当前运动状态测量数据转换为笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据；
最优估计值计算单元，所述最优估计值计算单元被配置为基于所述笛卡尔坐标系下的当前运动状态数据以及所述目标对象的上一时刻运动状态参数最优估计值计算所述目标对象的当前时刻运动状态参数最优估计值。
17.一种包含权利要求16所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的目标跟踪系统。
18.一种包含权利要求16所述的用于目标跟踪的车载毫米波雷达滤波估计装置的车辆。
19.一种用于存储计算机指令的存储介质，所述计算机指令能够被一个或多个处理器执行以实施如权利要求1-15中任一个所述的方法。
20.一种控制器，其包括存储器与处理器，存储器中存储有程序指令，该程序指令在被控制器执行时能够实施如权利要求1到15中任意一项所述的方法。
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