[发明专利]一种目标定位跟踪系统及方法

权利要求书

1.一种目标定位跟踪系统，包括：多个簇定位模块及一指控模块；

所述簇定位模块包括：多个传感器节点及一簇头节点；

所述传感器节点，用于对其所在簇内区域进行监测，当有目标出现，则对目标的方位进行测量，并将该测量值与自身坐标信息发送到本簇内的簇头节点；

所述簇头节点，用于根据本簇内的传感器节点发送的测量值及其坐标信息，完成目标状态估计，实现目标的定位跟踪，并将定位跟踪结果发送到指控模块；

所述指控模块，用于收集并显示各簇头节点的定位跟踪结果；

其特征在于，

所述簇头节点进一步包括：

一初始化模块，用于建立目标运动及观测方程、目标的初始状态分布函数和初始状态的估计方差，并随机产生N个粒子；

一粒子滤波模块，用于利用状态方程对每个粒子状态进行基于扩展卡尔曼滤波的预测、更新；

一粒子权值计算模块，用于计算粒子权值；

一重采样判断模块，用于根据有效粒子数N_eff判断是否要重采样，若有效粒子数N_eff小于预先设定值，则进行重采样，根据重要性密度函数重新采样N个粒子并分配权值；及

一估计目标状态模块，用于根据粒子的权值计算估计目标状态；

其中，所述有效粒子数N_eff定义如下：

其中，N表示选用粒子数目， 表示第k次观察第i个粒子所对应的权值。

2.根据权利要求1所述的目标定位跟踪系统，其特征在于，所述初始化模块进一步包括：一建立目标运动及观测模型模块、一建立目标初始化状态及估计方差模块及一随机粒子产生模块；

所述建立目标运动及观测模型模块，用于建立目标的一阶马尔可夫系统方程及目标观测的观测模型：

其中：X_T＝[x_T，v_x，y_T，v_y]表示目标的运动状态，x_T，y_T分别表示目标在X轴及Y轴的坐标值，v_x，v_y分别表示目标在在X轴及Y轴的绝对速度分量； i＝1，2…N，表示传感器节点i分别在X轴及Y轴的坐标，N表示观测到目标的传感器节点个数；θ_i表示目标与传感器节点的相对方位；n_i表示第i个传感器节点的测量噪声；

所述建立目标初始化状态及估计方差模块，用于建立目标的初始状态概率分布函数及估计方差；

所述初始状态概率分布函数为：X_k+1＝F_kX_k+G_kA_k；

其中：A_k＝[a_x，k，a_y，k]^T为系统的处理噪声，即由于目标运动环境的不确定性导致分别在X和Y轴引起的加速度噪声，A_k～N(0，R_k)；

所述随机粒子产生模块，用于从初始状态分布p(x₀)中随机抽取N个初始粒子 与初始粒子对应的协方差矩阵为： 

3.根据权利要求1所述的目标定位跟踪系统，其特征在于，所述粒子滤波模块进一步包括：一预测模块和一更新模块。

4.根据权利要求1所述的目标定位跟踪系统，其特征在于，所述粒子权值计算模块根据贝叶斯及粒子滤波理论计算粒子权值。

5.根据权利要求1所述的目标定位跟踪系统，其特征在于，所述传感器节点及簇头节点装配有GPS系统，目标定位跟踪系统采用GPS授时的方式实现网络的时间同步。