信息融合与目标跟踪航迹管理.pptx

第十一讲第十一讲航迹管理的基本方法航迹管理的基本方法29.1 9.1 航迹融合的基本概念航迹融合的基本概念航迹处理：航迹处理：1 1）集中式与分布式数据融合系统都存在，不过）集中式与分布式数据融合系统都存在，不过在不同的节点上完成；在不同的节点上完成；2 2）航迹建立航迹建立、航迹保持航迹保持和和航迹撤消航迹撤消的规则问题的规则问题是保持对目标连续跟踪的最关键的技术。是保持对目标连续跟踪的最关键的技术。3集中式融合系统的数据处理集中式融合系统的数据处理 每个传感器有自己的数据处理系统，形成局部每个传感器有自己的数据处理系统，形成局部航迹；航迹；各传感器的局部航迹并没有被利用，而直接将各传感器的局部航迹并没有被利用，而直接将每个传感器的点迹送给融合节点，即融合中心，在每个传感器的点迹送给融合节点，即融合中心，在融合中心进行点迹与航迹的融合。融合中心进行点迹与航迹的融合。4主要缺点主要缺点需要传送大量的点迹和缺乏鲁棒性；需要传送大量的点迹和缺乏鲁棒性；点迹变化范围很宽（非同质传感器的数据），同点迹变化范围很宽（非同质传感器的数据），同一时间进行处理比较复杂，在融合中心不能得到一时间进行处理比较复杂，在融合中心不能得到可靠的点迹；可靠的点迹；处理的目标量很大时，干扰产生的点迹远超过目处理的目标量很大时，干扰产生的点迹远超过目标产生的点迹；标产生的点迹；5融合算法的选择因素融合算法的选择因素计算量和通信量都很大时，全局估计就利用局部计算量和通信量都很大时，全局估计就利用局部航迹进行航迹到航迹的融合。航迹进行航迹到航迹的融合。通信量通信量和和计算量计算量是进行全局融合的主要因素。是进行全局融合的主要因素。6通信量的计算通信量的计算集中式融合系统在一个周期中，由每个传感器向集中式融合系统在一个周期中，由每个传感器向融合中心传送的数据量融合中心传送的数据量MMc c：7分布式融合系统在一个周期中，每个传感器向融分布式融合系统在一个周期中，每个传感器向融合中心传送的数据量合中心传送的数据量MdMd：8 S Si i：传感器：传感器i i各点迹的尺寸，以比特表示。各点迹的尺寸，以比特表示。包括距离、方位、仰角或高度、时问、批号和包括距离、方位、仰角或高度、时问、批号和特征参数等。特征参数等。S ST T：每条航迹报告的尺寸，以比特表示。：每条航迹报告的尺寸，以比特表示。航迹报告通常包括状态估计的各个分量、航迹航迹报告通常包括状态估计的各个分量、航迹号、时间和方向信息等。号、时间和方向信息等。9 P PDiDi：传感器：传感器i i的目标发现概率，对不同距离门上的目标发现概率，对不同距离门上的所有目标均假定是常数。的所有目标均假定是常数。i i：传感器：传感器i i的杂波密度。的杂波密度。N Ni i：传感器：传感器i i的杂波点数。的杂波点数。T Ti i：传感器：传感器i i监视范围内的目标总数。监视范围内的目标总数。NsNs：传感器数目。：传感器数目。10说明说明分布式融合系统的信息源是各个传感器，源信息分布式融合系统的信息源是各个传感器，源信息是各个传感器给出的航迹。是各个传感器给出的航迹。航迹融合通常是在融合节点或融合中心进行的。航迹融合通常是在融合节点或融合中心进行的。11基本概念基本概念局部航迹：局部航迹：多传感器融合系统中，每个传感器的多传感器融合系统中，每个传感器的跟踪器所给出的航迹。跟踪器所给出的航迹。系统航迹：系统航迹：航迹融合系统将各个局部航迹融合后航迹融合系统将各个局部航迹融合后形成的航迹。形成的航迹。局部航迹与系统航迹融合后形成的航迹仍称为系局部航迹与系统航迹融合后形成的航迹仍称为系统航迹。统航迹。12航迹融合航迹融合航迹融合实际上是传感器的状态估计融合，包括航迹融合实际上是传感器的状态估计融合，包括局部传感器与局部传感器状态估计的融合和局部局部传感器与局部传感器状态估计的融合和局部传感器与全局传感器状态估计的融合。传感器与全局传感器状态估计的融合。由于公共过程噪声的原因，在应用状态估计融合由于公共过程噪声的原因，在应用状态估计融合系统中，系统中，来自不同传感器的航迹估计误差未必是来自不同传感器的航迹估计误差未必是独立独立。13分布式融合系统分布式融合系统14图中有图中有n n个独立工作的传感器，每个传感器不仅有个独立工作的传感器，每个传感器不仅有自己的信号处理系统能够给出目标的点迹，并且自己的信号处理系统能够给出目标的点迹，并且有自己的数据处理系统或称局部目标跟踪器。有自己的数据处理系统或称局部目标跟踪器。各传感器将各自观测送往本身的跟踪器形成局部各传感器将各自观测送往本身的跟踪器形成局部航迹，然后将各跟踪器所产生的局部航迹周期性航迹，然后将各跟踪器所产生的局部航迹周期性地送往融合中心进行航迹融合，形成系统航迹。地送往融合中心进行航迹融合，形成系统航迹。系统航迹是该系统的输出。系统航迹是该系统的输出。15航迹融合以传感器航迹为基础。航迹融合以传感器航迹为基础。各传感器的跟踪器对目标形成稳定的跟踪之后各传感器的跟踪器对目标形成稳定的跟踪之后，才能够把它们的状态送给融合中心，以便对各个才能够把它们的状态送给融合中心，以便对各个传感器送来的航迹进行航迹融合。传感器送来的航迹进行航迹融合。16航迹融合的主要步骤航迹融合的主要步骤1 1、航迹关联：、航迹关联：把各传感器送来的目标的状态按一定准则，将把各传感器送来的目标的状态按一定准则，将同一批目标的状态归并到一起，形成一个统一的航同一批目标的状态归并到一起，形成一个统一的航迹，即系统航迹或全局航迹；迹，即系统航迹或全局航迹；把各传感器送来的局部航迹的状态与数据库中把各传感器送来的局部航迹的状态与数据库中已有的系统航迹进行配对，保证配对后的目标状态已有的系统航迹进行配对，保证配对后的目标状态与系统航迹中的状态源于同一批目标。与系统航迹中的状态源于同一批目标。172 2、航迹融合：、航迹融合：融合中心把来自不同局部航迹的状态，或把局融合中心把来自不同局部航迹的状态，或把局部航迹的状态与系统航迹状态关联后，把已配对的部航迹的状态与系统航迹状态关联后，把已配对的局部状态分配给对应系统航迹，形成新系统航迹；局部状态分配给对应系统航迹，形成新系统航迹；计算新的系统航访的状态估计和协方差，实现计算新的系统航访的状态估计和协方差，实现系统航迹的更新。系统航迹的更新。189.2 9.2 航迹管理航迹管理 前提：前提：1 1、局部传感器的点迹与航迹完成关联；、局部传感器的点迹与航迹完成关联；2 2、点迹与航迹间的一对一关系已经完全确定。、点迹与航迹间的一对一关系已经完全确定。19 航迹管理的主要内容航迹管理的主要内容 1)1)已有起始标志的航迹转换为确认航迹；已有起始标志的航迹转换为确认航迹；2)2)可能由干扰等产生的虚假航迹应予以撤消；可能由干扰等产生的虚假航迹应予以撤消；3)3)点迹在本周期未被录用，而自动变成下一周点迹在本周期未被录用，而自动变成下一周 期的自由点迹；期的自由点迹；20 4)4)航迹头变成了起始航迹；航迹头变成了起始航迹；5)5)航迹头由于没有后续点迹而被取消；航迹头由于没有后续点迹而被取消；6)6)已确认航迹在本扫描周期中，没有点迹与它已确认航迹在本扫描周期中，没有点迹与它关联，即丢失了点迹。关联，即丢失了点迹。21定义定义 航迹管理的定义：航迹管理的定义：按一定的按一定的规则、方法，实现规则、方法，实现和和控制控制航迹起始航迹起始、航迹确认航迹确认、航迹保持与更新航迹保持与更新和和航迹撤消航迹撤消的过程。的过程。对相关内容按对相关内容按给定的规则给定的规则进行自动分类，给予进行自动分类，给予不同的标志，并将本扫描周期的分类结果送入数据不同的标志，并将本扫描周期的分类结果送入数据库，实现管理。库，实现管理。22常用方法常用方法 1 1、经验法、经验法 2 2、逻辑法、逻辑法 3 3、纯数学法、纯数学法 4 4、直觉法、直觉法 5 5、记分法、记分法23一、逻辑法一、逻辑法 处理的主要内容：处理的主要内容：1 1、航迹头、航迹头 2 2、航迹起始、航迹起始 3 3、航迹确认、航迹确认 4 4、航迹保持、航迹保持 5 5、航迹撤销、航迹撤销241 1、航迹头、航迹头 定义：定义：每条航迹的第一个点迹。每条航迹的第一个点迹。出现类型：出现类型：1 1）通常出现在）通常出现在远距离范围远距离范围内，除非传感器开始内，除非传感器开始 工作时目标就出现在近距离范围内。工作时目标就出现在近距离范围内。2 2）前一采样周期没被采用的）前一采样周期没被采用的孤立点迹孤立点迹或或自由点自由点迹迹。25航迹头的初始波门航迹头的初始波门 实际系统工作时，不管航迹头（孤立点迹或自实际系统工作时，不管航迹头（孤立点迹或自由点迹）在什么地方出现，均以它为中心，建立由由点迹）在什么地方出现，均以它为中心，建立由目标最大运动速度和最小运动速度及采样间隔决定目标最大运动速度和最小运动速度及采样间隔决定尺寸的环形初始波门。尺寸的环形初始波门。选择环形初始波门的原因：选择环形初始波门的原因：该点迹所对应目标的运动方向未知。该点迹所对应目标的运动方向未知。26 2 2航迹起始航迹起始 定义：定义：对对匀速直线匀速直线运动目标，利用运动目标，利用同一目标同一目标初始相邻初始相邻两个点迹两个点迹的坐标数据推算出该目标下一周期的的坐标数据推算出该目标下一周期的预测预测或外推位置或外推位置，对，对可能可能的一条航迹进行航迹初始化。的一条航迹进行航迹初始化。27起始点迹获取起始点迹获取 两个起始点迹：两个起始点迹：1 1）航迹头；）航迹头；2 2）下一采样周期中初始关联门中出现的点迹。）下一采样周期中初始关联门中出现的点迹。处理方法：处理方法：初始关联门中出现的点迹都要与航迹头点迹构初始关联门中出现的点迹都要与航迹头点迹构成一对航迹起始点迹对，送入数据库，等待下一周成一对航迹起始点迹对，送入数据库，等待下一周期的继续处理。期的继续处理。283 3、航迹确认、航迹确认 新航迹确认方法：新航迹确认方法：1 1）以预测值为中心设置门限（关联门）；）以预测值为中心设置门限（关联门）；2 2）在关联门内，至少有一个来自相邻第三次采）在关联门内，至少有一个来自相邻第三次采样周期的观测数据或点迹。初始航迹就可以作为样周期的观测数据或点迹。初始航迹就可以作为 一一条新航迹，并加以保存。条新航迹，并加以保存。29特点特点 1 1）新航迹需三次采样观测数据便得到确认，这）新航迹需三次采样观测数据便得到确认，这是建立一条新航迹所需要观测数据的最小数目。是建立一条新航迹所需要观测数据的最小数目。2 2）初始化航迹经确认后才能建立一新航迹。）初始化航迹经确认后才能建立一新航迹。（也称航迹检测）（也称航迹检测）30局限性局限性 当连续三个采样周期均出现点迹时，才被确认当连续三个采样周期均出现点迹时，才被确认为这是一个真目标产生的连续点迹并建立航迹的条为这是一个真目标产生的连续点迹并建立航迹的条件太苛刻（目标的点迹以概率出现）。件太苛刻（目标的点迹以概率出现）。31改进改进 航迹起始后，允许第三次采样中不出现点迹，航迹起始后，允许第三次采样中不出现点迹，进行一次盲目外推，在第四次采样时再出现点迹，进行一次盲目外推，在第四次采样时再出现点迹，也将其确认为新航迹。也将其确认为新航迹。优点：优点：在在远距离范围远距离范围是十分必要，通常雷达的是十分必要，通常雷达的最大作用距离是按发现概率为最大作用距离是按发现概率为5050定义。定义。涉及的主要内容：涉及的主要内容：航迹的确认准则。航迹的确认准则。32确认准则如表确认准则如表 特点：特点：有了航迹头之后，分别在第三、四、五有了航迹头之后，分别在第三、四、五扫描周期才被确认为一条真目标航迹，然后开始转扫描周期才被确认为一条真目标航迹，然后开始转入对该目标的正常跟踪状态。入对该目标的正常跟踪状态。334 4、航迹维持保持、航迹维持保持 定义定义 ：航迹起始后，真实目标存在情况下，按给定的航迹起始后，真实目标存在情况下，按给定的规则使航迹得到延续，保持对目标的连续跟踪。规则使航迹得到延续，保持对目标的连续跟踪。实现：实现：利用信号检测的准则。利用信号检测的准则。345 5、航迹撤消、航迹撤消 定义：定义：在该航迹不满足某种准则时，将其从航迹记录在该航迹不满足某种准则时，将其从航迹记录中清除。中清除。1 1）不是一个真实目标的航迹；）不是一个真实目标的航迹；2 2）航迹所对应的目标已运动出传感器的探测范）航迹所对应的目标已运动出传感器的探测范围。围。35具体情况具体情况 1 1）只有航迹头；）只有航迹头；2 2）对一条初始化航迹；）对一条初始化航迹；3 3）对已确认的航迹。）对已确认的航迹。36航迹撤销准则航迹撤销准则 1 1）只有航迹头：只有航迹头：只要其后的第一个周期中没有只要其后的第一个周期中没有点迹出现，就将其撤消。点迹出现，就将其撤消。2 2）对初始化航迹：对初始化航迹：如果在以后连续三个扫描周如果在以后连续三个扫描周期中，没有出现任何点迹，该初始航迹便可以在数期中，没有出现任何点迹，该初始航迹便可以在数据库中被消去。据库中被消去。37 3 3）对已确认的航迹：对已确认的航迹：前提：以很高的概率确知它的存在，并且已知前提：以很高的概率确知它的存在，并且已知它的运动方向，撤消应该谨慎。它的运动方向，撤消应该谨慎。38撤销方法撤销方法 设定连续设定连续4 46 6个扫描周期没有点迹落入相应个扫描周期没有点迹落入相应 关联门内作为航迹撤消准则。关联门内作为航迹撤消准则。处理：处理：航迹撤消后，须多次利用盲目外推的方法，扩航迹撤消后，须多次利用盲目外推的方法，扩大波门去对丢失目标进行再捕获。大波门去对丢失目标进行再捕获。39 连续五个采样周期中，只要有四个周期没有连续五个采样周期中，只要有四个周期没有点迹存在，就宣布该航迹被撤消（点迹存在，就宣布该航迹被撤消（4 45 5准则）。准则）。连续三个周期没有点迹时，航迹被撤消。连续三个周期没有点迹时，航迹被撤消。40 4 4）稳定航迹的撤销）稳定航迹的撤销 对一条跟踪很长时间的稳定航迹所对应目标，对一条跟踪很长时间的稳定航迹所对应目标，在飞出该传感器探测范围时，航迹也应予以撤消。在飞出该传感器探测范围时，航迹也应予以撤消。目标交接：目标交接：稳定航迹撤销后，如存在友邻传感器，需完成稳定航迹撤销后，如存在友邻传感器，需完成目标的交接。目标的交接。41说明说明 实际工作中，关联门尺寸可能变化，种类可能实际工作中，关联门尺寸可能变化，种类可能较多；较多；航迹的建立和撤消准则（航迹管理方法）要根航迹的建立和撤消准则（航迹管理方法）要根据具体情况确定。据具体情况确定。42二、记分法二、记分法 新点迹并入航迹时，根据该点迹质量对航迹质新点迹并入航迹时，根据该点迹质量对航迹质量的量的贡献大小贡献大小，按一定规则，给该航迹质量标记，按一定规则，给该航迹质量标记Q QH H加上、减去一定的分值，或者保持不变。加上、减去一定的分值，或者保持不变。点迹质量：点迹质量：数据关联时由在哪个关联门等级上数据关联时由在哪个关联门等级上与航迹实现关联而决定的。与航迹实现关联而决定的。43关联门种类关联门种类 初始关联门初始关联门 大关联门大关联门 中关联门中关联门 小关联门小关联门44关联门与点迹质量的关系关联门与点迹质量的关系 1 1）小关联门中与航迹相关的点迹的质量最高；）小关联门中与航迹相关的点迹的质量最高；关联门小，落入的噪声等较少；关联门小，落入的噪声等较少；小关联门一般用在小关联门一般用在目标稳定跟踪阶段目标稳定跟踪阶段，真实，真实目标的航迹已存在，该点迹近似真实目标的点迹。目标的航迹已存在，该点迹近似真实目标的点迹。所以质量最高。所以质量最高。45 2 2）中关联门的质量其次；大关联门中的点迹）中关联门的质量其次；大关联门中的点迹质量再次；质量再次；3 3）点迹丢失后进行盲目外推预测位置并进行）点迹丢失后进行盲目外推预测位置并进行补点时，对航迹质量无贡献，降低航迹的质量，应补点时，对航迹质量无贡献，降低航迹的质量，应减去一定分值；减去一定分值；4 4）航迹头要赋一定初始值。）航迹头要赋一定初始值。46准则准则 根据航迹质量的大小和给定的门限来确定根据航迹质量的大小和给定的门限来确定航迹航迹起始起始、航迹确认航迹确认和和航迹撤消航迹撤消。471 1、航迹记分规则、航迹记分规则 航迹质量的确定：航迹质量的确定：Q QH H=f(S=f(S1 1，S S2 2，Q QD D)其中：其中：Q QH H表示航迹质量表示航迹质量 Q QD D表示点迹质量表示点迹质量 S S1 1航迹的确认门限航迹的确认门限 S S2 2航迹的撤消门限航迹的撤消门限 48关联门尺寸与航迹质量的对应关系关联门尺寸与航迹质量的对应关系49记分方法记分方法航迹质量采用累计记分法：航迹质量采用累计记分法：Q QH H=Q=QH H +Q+QD D Q QH H 初值为初值为0 0。502 2、航迹的确认与撤消、航迹的确认与撤消 1 1）Q QH H S S1 1 时，该航迹判为真实目标的航迹，时，该航迹判为真实目标的航迹，予以确认。予以确认。2 2）Q QH H S S2 2 时，无论确认航迹还是非确认航迹时，无论确认航迹还是非确认航迹均判为假，予以撤消。均判为假，予以撤消。若撤消了带有分支的主航迹或分支航迹，则另若撤消了带有分支的主航迹或分支航迹，则另一航迹自动转为主航迹。一航迹自动转为主航迹。51 3 3）S S2 2 Q QH H S S1 1 时：时：若若n Nn N，航迹判为未确认航迹，予以保留；，航迹判为未确认航迹，予以保留；若若n Nn N，予以撤消。，予以撤消。其中：其中：S S1 1 航迹的确认门限航迹的确认门限 S S2 2 航迹的撤消门限航迹的撤消门限 n n 相关次数相关次数 N N 允许非确认航迹在计算机中逗留的次数允许非确认航迹在计算机中逗留的次数52小结小结