第十一講信息融合與目標跟蹤課件航跡管理.ppt

1、1,9.1 航跡融合的基本概念,航跡處理： 1）集中式與分布式數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)都存在，不過 在不同的節(jié)點上完成； 2）航跡建立、航跡保持和航跡撤消的規(guī)則問題 是保持對目標連續(xù)跟蹤的最關鍵的技術(shù)。,2,集中式融合系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理,每個傳感器有自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，形成局部 航跡； 各傳感器的局部航跡并沒有被利用，而直接將 每個傳感器的點跡送給融合節(jié)點，即融合中心，在 融合中心進行點跡與航跡的融合。,3,主要缺點,需要傳送大量的點跡和缺乏魯棒性； 點跡變化范圍很寬（非同質(zhì)傳感器的數(shù)據(jù)），同一時間進行處理比較復雜，在融合中心不能得到可靠的點跡； 處理的目標量很大時，干擾產(chǎn)生的點跡遠超過目標產(chǎn)生的點跡；,4,

2、融合算法的選擇因素,計算量和通信量都很大時，全局估計就利用局部航跡進行航跡到航跡的融合。 通信量和計算量是進行全局融合的主要因素。,5,通信量的計算,集中式融合系統(tǒng)在一個周期中，由每個傳感器向融合中心傳送的數(shù)據(jù)量Mc：,6,分布式融合系統(tǒng)在一個周期中，每個傳感器向融合中心傳送的數(shù)據(jù)量Md：,7,Si：傳感器i各點跡的尺寸，以比特表示。 包括距離、方位、仰角或高度、時問、批號和 特征參數(shù)等。 ST：每條航跡報告的尺寸，以比特表示。 航跡報告通常包括狀態(tài)估計的各個分量、航跡 號、時間和方向信息等。,8,PDi：傳感器i的目標發(fā)現(xiàn)概率，對不同距離門上 的所有目標均假定是常數(shù)。 i：傳感器i的雜波密度

3、。 Ni：傳感器i的雜波點數(shù)。 Ti：傳感器i監(jiān)視范圍內(nèi)的目標總數(shù)。 Ns：傳感器數(shù)目。,9,說明,分布式融合系統(tǒng)的信息源是各個傳感器，源信息是各個傳感器給出的航跡。 航跡融合通常是在融合節(jié)點或融合中心進行的。,10,基本概念,局部航跡：多傳感器融合系統(tǒng)中，每個傳感器的跟蹤器所給出的航跡。 系統(tǒng)航跡：航跡融合系統(tǒng)將各個局部航跡融合后形成的航跡。 局部航跡與系統(tǒng)航跡融合后形成的航跡仍稱為系統(tǒng)航跡。,11,航跡融合,航跡融合實際上是傳感器的狀態(tài)估計融合，包括局部傳感器與局部傳感器狀態(tài)估計的融合和局部傳感器與全局傳感器狀態(tài)估計的融合。 由于公共過程噪聲的原因，在應用狀態(tài)估計融合系統(tǒng)中，來自不同傳感器

4、的航跡估計誤差未必是獨立。,12,分布式融合系統(tǒng),13,圖中有n個獨立工作的傳感器，每個傳感器不僅有自己的信號處理系統(tǒng)能夠給出目標的點跡，并且有自己的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或稱局部目標跟蹤器。 各傳感器將各自觀測送往本身的跟蹤器形成局部航跡，然后將各跟蹤器所產(chǎn)生的局部航跡周期性地送往融合中心進行航跡融合，形成系統(tǒng)航跡。 系統(tǒng)航跡是該系統(tǒng)的輸出。,14,航跡融合以傳感器航跡為基礎。 各傳感器的跟蹤器對目標形成穩(wěn)定的跟蹤之后，才能夠把它們的狀態(tài)送給融合中心，以便對各個傳感器送來的航跡進行航跡融合。,15,航跡融合的主要步驟,1、航跡關聯(lián)： 把各傳感器送來的目標的狀態(tài)按一定準則，將 同一批目標的狀態(tài)歸并到一起

5、，形成一個統(tǒng)一的航 跡，即系統(tǒng)航跡或全局航跡； 把各傳感器送來的局部航跡的狀態(tài)與數(shù)據(jù)庫中 已有的系統(tǒng)航跡進行配對，保證配對后的目標狀態(tài) 與系統(tǒng)航跡中的狀態(tài)源于同一批目標。,16,2、航跡融合： 融合中心把來自不同局部航跡的狀態(tài)，或把局 部航跡的狀態(tài)與系統(tǒng)航跡狀態(tài)關聯(lián)后，把已配對的 局部狀態(tài)分配給對應系統(tǒng)航跡，形成新系統(tǒng)航跡； 計算新的系統(tǒng)航訪的狀態(tài)估計和協(xié)方差，實現(xiàn) 系統(tǒng)航跡的更新。,17,9.2 航跡管理,前提： 1、局部傳感器的點跡與航跡完成關聯(lián)； 2、點跡與航跡間的一對一關系已經(jīng)完全確定。,18,航跡管理的主要內(nèi)容,1)已有起始標志的航跡轉(zhuǎn)換為確認航跡； 2)可能由干擾等產(chǎn)生的虛假航跡應

6、予以撤消； 3)點跡在本周期未被錄用，而自動變成下一周 期的自由點跡；,19,4)航跡頭變成了起始航跡； 5)航跡頭由于沒有后續(xù)點跡而被取消； 6)已確認航跡在本掃描周期中，沒有點跡與它 關聯(lián)，即丟失了點跡。,20,定義,航跡管理的定義： 按一定的規(guī)則、方法，實現(xiàn)和控制航跡起始、 航跡確認、航跡保持與更新和航跡撤消的過程。 對相關內(nèi)容按給定的規(guī)則進行自動分類，給予 不同的標志，并將本掃描周期的分類結(jié)果送入數(shù)據(jù) 庫，實現(xiàn)管理。,21,常用方法,1、經(jīng)驗法 2、邏輯法 3、純數(shù)學法 4、直覺法 5、記分法,22,一、邏輯法,處理的主要內(nèi)容： 1、航跡頭 2、航跡起始 3、航跡確認 4、航跡保持 5

7、、航跡撤銷,23,1、航跡頭,定義：每條航跡的第一個點跡。 出現(xiàn)類型： 1）通常出現(xiàn)在遠距離范圍內(nèi)，除非傳感器開始 工作時目標就出現(xiàn)在近距離范圍內(nèi)。 2）前一采樣周期沒被采用的孤立點跡或自由點 跡。,24,航跡頭的初始波門,實際系統(tǒng)工作時，不管航跡頭（孤立點跡或自 由點跡）在什么地方出現(xiàn)，均以它為中心，建立由 目標最大運動速度和最小運動速度及采樣間隔決定 尺寸的環(huán)形初始波門。 選擇環(huán)形初始波門的原因： 該點跡所對應目標的運動方向未知。,25,2航跡起始,定義： 對勻速直線運動目標，利用同一目標初始相鄰 兩個點跡的坐標數(shù)據(jù)推算出該目標下一周期的預測 或外推位置，對可能的一條航跡進行航跡初始化。,

8、26,起始點跡獲取,兩個起始點跡： 1）航跡頭； 2）下一采樣周期中初始關聯(lián)門中出現(xiàn)的點跡。 處理方法： 初始關聯(lián)門中出現(xiàn)的點跡都要與航跡頭點跡構(gòu) 成一對航跡起始點跡對，送入數(shù)據(jù)庫，等待下一周 期的繼續(xù)處理。,27,3、航跡確認,新航跡確認方法： 1）以預測值為中心設置門限（關聯(lián)門）； 2）在關聯(lián)門內(nèi)，至少有一個來自相鄰第三次采 樣周期的觀測數(shù)據(jù)或點跡。初始航跡就可以作為 一 條新航跡，并加以保存。,28,特點,1）新航跡需三次采樣觀測數(shù)據(jù)便得到確認，這 是建立一條新航跡所需要觀測數(shù)據(jù)的最小數(shù)目。 2）初始化航跡經(jīng)確認后才能建立一新航跡。 （也稱航跡檢測）,29,局限性,當連續(xù)三個采樣周期均出

9、現(xiàn)點跡時，才被確認 為這是一個真目標產(chǎn)生的連續(xù)點跡并建立航跡的條 件太苛刻（目標的點跡以概率出現(xiàn)）。,30,改進,航跡起始后，允許第三次采樣中不出現(xiàn)點跡， 進行一次盲目外推，在第四次采樣時再出現(xiàn)點跡， 也將其確認為新航跡。 優(yōu)點：在遠距離范圍是十分必要，通常雷達的 最大作用距離是按發(fā)現(xiàn)概率為50定義。 涉及的主要內(nèi)容：航跡的確認準則。,31,確認準則如表,特點：有了航跡頭之后，分別在第三、四、五 掃描周期才被確認為一條真目標航跡，然后開始轉(zhuǎn) 入對該目標的正常跟蹤狀態(tài)。,32,4、航跡維持保持,定義 ： 航跡起始后，真實目標存在情況下，按給定的 規(guī)則使航跡得到延續(xù)，保持對目標的連續(xù)跟蹤。 實現(xiàn)：

10、 利用信號檢測的準則。,33,5、航跡撤消,定義： 在該航跡不滿足某種準則時，將其從航跡記錄 中清除。 1）不是一個真實目標的航跡； 2）航跡所對應的目標已運動出傳感器的探測范 圍。,34,具體情況,1）只有航跡頭； 2）對一條初始化航跡； 3）對已確認的航跡。,35,航跡撤銷準則,1）只有航跡頭：只要其后的第一個周期中沒有 點跡出現(xiàn)，就將其撤消。 2）對初始化航跡：如果在以后連續(xù)三個掃描周 期中，沒有出現(xiàn)任何點跡，該初始航跡便可以在數(shù) 據(jù)庫中被消去。,36,3）對已確認的航跡： 前提：以很高的概率確知它的存在，并且已知 它的運動方向，撤消應該謹慎。,37,撤銷方法, 設定連續(xù)46個掃描周期沒

11、有點跡落入相應 關聯(lián)門內(nèi)作為航跡撤消準則。 處理： 航跡撤消后，須多次利用盲目外推的方法，擴 大波門去對丟失目標進行再捕獲。,38, 連續(xù)五個采樣周期中，只要有四個周期沒有 點跡存在，就宣布該航跡被撤消（45準則）。 連續(xù)三個周期沒有點跡時，航跡被撤消。,39,4）穩(wěn)定航跡的撤銷 對一條跟蹤很長時間的穩(wěn)定航跡所對應目標， 在飛出該傳感器探測范圍時，航跡也應予以撤消。 目標交接： 穩(wěn)定航跡撤銷后，如存在友鄰傳感器，需完成 目標的交接。,40,說明,實際工作中，關聯(lián)門尺寸可能變化，種類可能 較多； 航跡的建立和撤消準則（航跡管理方法）要根 據(jù)具體情況確定。,41,二、記分法,新點跡并入航跡時，根據(jù)

12、該點跡質(zhì)量對航跡質(zhì) 量的貢獻大小，按一定規(guī)則，給該航跡質(zhì)量標記QH 加上、減去一定的分值，或者保持不變。 點跡質(zhì)量：數(shù)據(jù)關聯(lián)時由在哪個關聯(lián)門等級上 與航跡實現(xiàn)關聯(lián)而決定的。,42,關聯(lián)門種類, 初始關聯(lián)門 大關聯(lián)門 中關聯(lián)門 小關聯(lián)門,43,關聯(lián)門與點跡質(zhì)量的關系,1）小關聯(lián)門中與航跡相關的點跡的質(zhì)量最高； 關聯(lián)門小，落入的噪聲等較少； 小關聯(lián)門一般用在目標穩(wěn)定跟蹤階段，真實 目標的航跡已存在，該點跡近似真實目標的點跡。 所以質(zhì)量最高。,44,2）中關聯(lián)門的質(zhì)量其次；大關聯(lián)門中的點跡 質(zhì)量再次； 3）點跡丟失后進行盲目外推預測位置并進行 補點時，對航跡質(zhì)量無貢獻，降低航跡的質(zhì)量，應 減去一定分值； 4）航跡頭要賦一定初始值。,45,準則,根據(jù)航跡質(zhì)量的大小和給定的門限來確定航跡 起始、航跡確認和航跡撤消。,46,1、航跡記分規(guī)則,航跡質(zhì)量的確定： QH = f (S1，S2，QD) 其中： QH表示航跡質(zhì)量 QD表示點跡質(zhì)量 S1航跡的確認門限 S2航跡的撤消門限,47,關聯(lián)門尺寸與航跡質(zhì)量的對應關系,48,記分方法,航跡質(zhì)量采用累計記分法： QH = QH + QD QH 初值為0。,49,2、航跡的確認與撤消,