[发明专利]基于粒子滤波和航迹管理的微弱目标检测前跟踪方法

权利要求书

1.基于粒子滤波和航迹管理的微弱目标检测前跟踪方法，其特征包括以下步骤：步骤1：变量初始化

K是总仿真时间；

T是雷达扫描周期；

N是滤波器采用的粒子数；

SNR是目标信噪比；

I_min和I_max是目标可能的最小和最大强度；

v_min和v_max是目标可能的最小和最大速度；

γ是目标存在判决门限；

η₀是目标初始存在概率；

L×H表示雷达监测区域的大小；

∏_k是目标存在状态概率转移矩阵；

F_k是目标状态转移矩阵；

Q_k是过程噪声协方差；

步骤2：令k＝0，进行粒子初始化，得到初始粒子集其中，包含目标的位置速度和强度信息，是目标存在状态变量，i＝1，2，…，N

(1)令i＝1；

(2)目标位置初始化

xkl=L×rand(1)---(1)]]>

ykl=H×rand(1)---(2)]]>

rand(1)表示按照均匀分布产生一个[0，1]区间上的随机数；

(3)目标速度初始化

x·kl=vmin+(vmax-vmin)×rand(1)---(3)]]>

y·kl=vmin+(vmax-vmin)×rand(1)---(4)]]>

(4)目标强度初始化

I·kl=vmin+(vmax-vmin)×rand(1)---(5)]]>

(5)根据目标初始存在概率η₀初始化目标存在状态变量；

(6)粒子权重初始化

wkl=1N---(6)]]>

(7)令i＝i+1，若i≤N，转(2)；

步骤3：令k＝k+1，获得k时刻的雷达量测

将雷达接收到的信号进行A/D变换，得到k时刻的雷达量测zk{zk(p,q)|p=1,2,...,m;q=1,2,...,n},]]>送雷达数据处理计算机；

步骤4：对初始粒子集进行预测，得到预测粒子集其中，

(1)令i＝1；

(2)根据前一时刻的目标存在状态变量和目标存在状态概率转移矩阵∏k预测当前时刻目标存在状态变量

(3)若且利用方程(1)-方程(5)生成粒子状态

(4)若且利用状态转移方程对粒子i的状态进行一步预测

xk|k-1l=Fkxk-1l+vk---(7)]]>

其中，v_k为过程噪声，其噪声协方差为Q_k；

(5)令i＝i+1，若i≤N，转(2)；

步骤5：利用当前时刻的量测对粒子权重进行更新

(1)令i＝1；

(2)确定似然区域的范围

Cp(xk|k-1l)={p0-s,...,p0-1,p0,p0+1,...,p0+s}---(8)]]>

Cq(yk|k-1l)={q0-s,...,q0-1,q0,q0+1,...,q0+s}---(9)]]>

其中，p₀表示最接近状态矢量元素的整数，q₀表示最接近状态矢量元素的整数，s为预设参数；

(3)粒子权重更新

wk|k-1l=Πp∈Cp(xk|k-1l)Πq∈Cq(xk|k-1l)l(zk(p,q)|xk|k-1l)Ek|k-1l=11Ek|k-1l=0---(10)]]>

其中

l(zk(p,q)|xk|k-1l)=exp{-hk(p,q)(xk|k-1l)(hk(p,q)(xk|k-1l)-2zk(p,q))2σ2}---(11)]]>

hk(p,q)(xk|k-1l)=ΔxΔyIk|k-1l2πΣ2exp{-(pΔx-xk|k-1l)2+(qΔy-yk|k-1l)22Σ2}---(12)]]>

其中，σ²为量测噪声协方差，Δ_x和Δ_y表示传感器分辨率，∑表示传感器模糊斑点数；

(4)令i＝i+1，若i ≤N，转(2)；

(5)权重归一化

wkl=wk|k-1lΣj=1Nwk|k-1j,]]>i＝1，2，…，N    (13)

步骤6：重采样

对权重更新后的粒子集进行系统重采样

{ykl,(1/N)}l=1N=resample{yk|k-1l,wkl}l=1N---(14)]]>

得到k时刻的粒子集其中

步骤7：目标状态和状态协方差估计

(1)计算目标存在概率

P^k=1NΣl=1NEkl---(15)]]>

若转步骤9；

(2)目标状态估计

x^k=Σl=1NxklEklΣl=1NEkl---(16)]]>

(3)状态协方差估计

B^k=1NΣl=1N(x^k-xkl)(x^k-xkl)T---(17)]]>

步骤8：航迹更新

(1)将目标状态估计等效为新的量测值，状态协方差估计等效为量测误差；

(2)若当前时刻存在目标航迹τ_k-1或τ′_k-1，利用新量测对其进行更新，得到更新的航迹τ_k，转(5)；

(3)若当前时刻不存在目标航迹，将新量测作为航迹头，利用3/4逻辑法进行航迹起始；

(4)若航迹起始成功，记为τ_k，设置航迹维持标记flag＝0；

(5)转步骤10；

步骤9：航迹维持和终结

(1)若当前时刻不存在目标航迹，转步骤10；

(2)若当前时刻存在目标航迹τ_k-1或τ′_k-1，令flag＝flag+1，若flag＞2，转(4)；

(3)对τ_k-1或τ′_k-1进行一步预测，得到τ′_k，转步骤10；

(4)输出航迹τ_k-3并删除航迹τ′_k-1；

步骤10：重复步骤3～步骤9，直至雷达关机。