一種針對多幀檢測前跟蹤點跡序列的粒子濾波方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種針對多幀檢測前跟蹤點跡序列的粒子濾波方法。本法米國內發(fā)明利用多幀檢測前跟蹤處理得到的短航跡對目標狀態(tài)進行濾波處理，可以提高了對目標狀態(tài)估計的精度；對多幀檢測前跟蹤處理得到的短航跡做進一步處理，實現(xiàn)了對目標的長時間跟蹤，解決了多幀檢測前跟蹤方法不能提供目標完整航跡信息的問題；可以迭代的對目標狀態(tài)進行實時估計，并且沒有引入過多的存儲量和計算量；通過粒子狀態(tài)預測，可以有效解決低信噪比微弱目標檢測前跟蹤可能出現(xiàn)的漏檢問題，保證了航跡的連續(xù)性。
【專利說明】-種針對多帖檢測前跟蹤點跡序列的粒子濾波方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達數(shù)據(jù)處理【技術領域】，它特別涉及了雷達微弱目標跟蹤【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 雷達探測環(huán)境的日益復雜和目標隱身技術的日益成熟，使得雷達及時可靠地監(jiān)測 到淹沒在強雜波中的微弱目標變得更加困難。提高雷達對微弱目標的檢測跟蹤性能具有重 要的理論價值和實際意義。
[0003] 檢測前跟蹤技術是一種在低信噪比環(huán)境中對微弱目標進行檢測跟蹤的一種技術。 與傳統(tǒng)的檢測方法不同，檢測前跟蹤不單峽宣布量測結果，而是對多峽數(shù)據(jù)進行處理后同 時宣布目標的量測結果與航跡。實現(xiàn)檢測前跟蹤技術的方法包括有粒子濾波、動態(tài)規(guī)劃、霍 夫變換等。基于粒子濾波的檢測前跟蹤方法的航跡起始能力不如動態(tài)規(guī)劃和霍夫變換等方 法，并且該方法需要計算概率，計算量大。但是，動態(tài)規(guī)劃等多峽檢測前跟蹤方法處理一次 只能得到目標的短航跡，無法得到目標的完整航跡。而且，一些多峽檢測前跟蹤方法是在離 散空間得到的狀態(tài)估計結果，估計精度存在一定損失。


【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術問題是，為提高對目標狀態(tài)的估計精度，提供一種用于處 理多峽檢測前跟蹤得到的短航跡的濾波方法。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術問題所采用的技術方案是，一種針對多峽檢測前跟蹤點跡 序列的粒子濾波方法，包括W下步驟：
[0006] 步驟1)變量初始化：
[0007] 初始化總仿真時間K、一次檢測前跟蹤處理峽數(shù)N ;檢測前跟蹤處理口限Vt、檢測 前跟蹤量測可能范圍Y、一次多峽檢測前跟蹤處理第n峽的檢測概率iS，n = 1，2,…，N、 雷達掃描周期T、目標狀態(tài)轉移矩陣F、觀測矩陣H、過程噪聲協(xié)方差Q、粒子數(shù)N,、X和y方 向的距離范圍[Xmin，Xmax]和bmin，y"J、X和y方向的速度范圍[右nm，知1、-]和[知m，央nax];
[000引步驟。粒子集{xi-，4措初始化：
[0009] 初始化時間變量k = 1與第i個粒子狀態(tài)括在X和y方向位置（4)和速度 狀態(tài)（趙，片），乂;.=[乂，乂，片，片]|，/ = 1.2，...，?'、[.]|表示轉置；
[0010] 初始化粒子集初始化完成后，進入步驟4);
[0011] 步驟扣狀態(tài)預測：
[001引利用k-1時刻的粒子集對k時刻進行預測：卻W =化Li +八，/ = 1，2,...，，得到預 測粒子集浩，的是過程噪聲協(xié)方差Q的過程噪聲，F(xiàn)為目標狀態(tài)轉移矩陣；
[0013]當?shù)趇個粒子狀態(tài)中元素大于其最大范圍的，則將最大范圍值賦值給該元素，并 設置該粒子對應的權值置為0 ;
[0014] 步驟4)多峽檢測前跟蹤處理：
[0015] 從雷達接收機中讀取第k-N+1，k-N+2,…，k峽回波數(shù)據(jù)，當k《N，則從雷達接收 機中讀取第1，2,…，k峽回波數(shù)據(jù)；當?shù)趉次檢測前跟蹤處理中存在量測結果，則進入步驟 5)，否則進入步驟7);存在量測結果即表示量測結果超過口限；
[001引步驟W權值更新：
[0017] k《N,則量測結果為故心+2wii，zl'-w。，…，，則更新粒子權值：
[001 引 wi =巧zf I xf )巧茲 I 指）…巧zf I xi-ii-i )，!' = 1，2,...，iV,;
[0019] 當k〉N，量測結果為Z左=[zf，z辛，...，zf]，開始更新粒子權值：
[0020] W =巧故機1 I 皆:;" I 皆品）...巧卻 I 扣 M)，/ = 1，2，...，W.;
[0021] Z'/表示最后一峽時刻為tk的檢測前跟蹤處理得到的第1峽量測結果，X技表示 卻對應父粒子的狀態(tài)，當1《k-1，用X己表示卻對應父粒子的狀態(tài)；P表示 [00過似然概率；

【權利要求】
1. 一種針對多幀檢測前跟蹤點跡序列的粒子濾波方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1)變量初始化： 初始化總仿真時間K、一次檢測前跟蹤處理幀數(shù)N;檢測前跟蹤處理門限Vt、檢測前跟 蹤量測可能范圍Y、一次多幀檢測前跟蹤處理第η幀的檢測概率G，η= 1，2，···，Ν、雷達 掃描周期Τ、目標狀態(tài)轉移矩陣F、觀測矩陣Η、過程噪聲協(xié)方差Q、粒子數(shù)Ns、X和y方向的 距離范圍[xmin,XmaJ和[ymin,ymax]、X和y方向的速度范圍和jniax]; 步驟2)粒子集初始化： 初始化時間變量k= 1與第i個粒子狀態(tài)xi在X和y方向位置（xi，乂）和速度狀態(tài) (.? , ),xi= [xi，.?，.1',!，少! ]1，/_ =丨，2,…，Ai1 [·]1 表示轉置； 初始化粒子集初始化完成后，進入步驟4); 步驟3)狀態(tài)預測： 利用k-Ι時刻的粒子集對k時刻進行預測：xIh=FxU+vU=U，…，凡，得到預測 粒子集{χ--Η,Ι/Λ^--，<是過程噪聲協(xié)方差Q的過程噪聲，F(xiàn)為目標狀態(tài)轉移矩陣； 當?shù)趇個粒子狀態(tài)中元素大于其最大范圍的，則將最大范圍值賦值給該元素，并設置 該粒子對應的權值置為〇 ; 步驟4)多幀檢測前跟蹤處理： 從雷達接收機中讀取第k-N+1,k-N+2,…，k巾貞回波數(shù)據(jù)，當k<N，則從雷達接收機中 讀取第1，2,…，k幀回波數(shù)據(jù)；當?shù)趉次檢測前跟蹤處理中存在量測結果，則進入步驟5)， 否則進入步驟7);存在量測結果即表示量測結果超過門限； 步驟5)權值更新： k<N，則量測結果為^k-N+l,k-N+2,...,k- [^^-jV-i-15 N+2" ··，z):]，則更新粒子權值： w[=P(ziIxj)P(zjIχ?) · · ·P(ZkIxi|i- 4), / = 1,2,...,TVs ； 當k>N，量測結果為;4 ，開始更新粒子權值： wi=P(zlNtlI 1χ--：-2)···Ρ(ζ^IX1k^l),i= 1,2,...,Ns ； 竚表示最后一幀時刻為tk的檢測前跟蹤處理得到的第I幀量測結果，xh表示Xi1H對 應父粒子的狀態(tài)，當1 <k-Ι，用χΠ表示X丨對應父粒子的狀態(tài)；P表示 似然概率；
匕·」表示向下取整，H為觀測矩陣，量測范圍變量Λ!￡和厶7的取值范圍均為 -λ[?5-λ/^/2 +1，.，，，- ·/^/2 +#^-1，且Λχ和Λγ 均不等于零；當γ= 1 時似然概 率的計算式中無中間項； 計算更新后的粒子權值和Ξ= |>4，再對粒子權值歸一化處理= 2,...,見， ?=1 匕 進入步驟6) 步驟6)對權值更新后的粒子集進行系統(tǒng)重采樣； 6. 1)初始化C1 =v?4。 6. 2)對于所有i= 2, 3,…，Ns，計算Ci =q-丨+κ?; 6. 3)產(chǎn)生隨機數(shù)Ul，U1服從[Ο,Μ1范圍內的均勻分布； 6. 4)令i= 1,對于所有j= 1，2,…，Ns,執(zhí)行計算：M/=Mi+(J-I)TV;1; 當U^ci,則更新i=i+Ι,返回判斷U^ci是否成立,如果成立則繼續(xù)更新i=i+Ι,直 至Uj彡Ci ;再令X!- =Χ〖_μ--1，=AC1，并記錄該粒子的父粒子P=i; 重采樣后的粒子集表示為}$，進入步驟7) 步驟7)目標狀態(tài)估計： Ns 對所有重采樣后的粒子狀態(tài)，加權平均，得到第k時刻的目標狀態(tài)估計結 Xk 7=1 果； 步驟8)更新k=k+Ι，當k彡K，返回步驟3)，否則N巾貞粒子濾波結束。
2.如權利要求1所述一種針對多幀檢測前跟蹤點跡序列的粒子濾波方法，其特征在 于，初始化時間變量k= 1與第i個粒子狀態(tài)4在X和y方向位置（4，>4 )和速度狀態(tài) (4 , )的具體方法為： ；
rand(l)表示按照均勻分布產(chǎn)生一個[0, 1]區(qū)間上的隨機數(shù)； 初始化第i個粒子權重，的具體方法為為：M= ^ = 12,…，見。 WkNs
【文檔編號】G01S7/02GK104237853SQ201410475005
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權日:2014年9月16日
【發(fā)明者】易偉, 劉睿, 姜海超, 李溯琪, 茍清松, 崔國龍, 孔令講, 楊曉波 申請人:電子科技大學