[发明专利]一种水下目标主动跟踪航迹起始方法

说明书

本发明提供一种水下目标主动跟踪航迹起始方法，使主动跟踪算法获得更准确的初始估计值，以使算法获得更高的目标跟踪精度，更快地收敛于目标的真实值。该航迹起始方法仅仅依靠水下机器人(AUV)自身携带的导航设备，声纳探测设备与工作站计算机，便可以自主工作。该航迹起始方法分为两个阶段，第一个阶段是确定目标轨迹的有无，第二个阶段是对已确定目标航迹的初始状态和初始协方差矩阵进行估计。本航迹起始方法能够适用于不同的海洋环境，尤其对于高杂波环境，能够准确高效地对目标轨迹进行航迹起始。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，具体的说是一种水下目标主动跟踪航迹起始方法。

背景技术

随着海洋技术的迅速发展，对水下目标及时准确稳定跟踪成为海洋工程领域迫切的需求。然而水下环境不同于陆地环境，首先，水下存在着大量的杂波，这些杂波可能源于海洋背景环境，也可能源于声纳传感器自身的噪声，也有可能源于目标释放的干扰。其次，声纳传感器相对于其他高精度探测传感器而言，量测精度不是很高。而且，声纳传感器的量测周期一般比较长(主动声纳)，因此，传感器的量测误差因素与目标的运动因素都有重要的影响，因此一些传统的航迹起始方法不再适用，如批处理方法(Hough变换)，启发式的航迹起始方法，基本的逻辑起始方法。因此需要采用新的或者修正的航迹起始方法。无论何种起始方法，都涉及到波门门限的取值，传统的航迹起始方法，因为不需要考虑量测误差的因素，往往波门门限只取决于速度的约束，这在水下环境使用范围有限。最后，在确定一条轨迹存在的同时，还需要对其进行估计初始值，因为现在大多数的滤波器均需要一个良好的初始值，如果初始值不准确的话，会导致随后轨迹收敛较慢，甚至轨迹发散，跟丢目标。因此，航迹起始在水下目标跟踪领域意义重大，同样也是难点之一。

发明内容

在复杂的海洋环境中，为了克服传统的航迹起始方法无法准确快速地建立目标轨迹，并且无法获得目标的初始状态，本发明要解决的技术问题是提供一种水下目标主动跟踪航迹起始方法，能够适应于不同的海洋环境，自适应地调整波门门限，确定目标轨迹，并估计其初始状态。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种水下目标主动跟踪航迹起始方法，包括以下步骤：

周期性地通过AUV搭载的导航传感器和声纳传感器采集导航传感器数据和声纳传感器数据，并进行校正；

根据声纳传感器数据对海洋环境杂波密度进行评估，获得评估值；

根据声纳量测点的位置计算波门门限；

按照航迹起始方法M/N规则判断是否有潜在轨迹存在；如果有，那么新的声纳量测数据首先用于更新潜在轨迹，如果潜在轨迹被更新，则删除对应已经参与潜在轨迹更新的量测数据，为每一个剩余的没有参与轨迹更新的量测数据单独起始一条潜在轨迹，并作为该潜在轨迹的第一个量测点；如果没有，那么新的量测数据全部用于起始新的潜在轨迹；

随着声纳量测数据的不断更新，潜在轨迹也不断更新，如果有潜在轨迹满足航迹起始条件，则就可以认定其是一条确认轨迹；如果有潜在轨迹不满足航迹起始条件，则认为此条潜在轨迹不能升级为一条确认轨迹，将这些不满足要求的潜在轨迹删除；

对所认定的确认轨迹进行初始化。

所述校正，包括空间位置校正和时间校正：

所述位置校正包括：

通过AUV搭载的导航传感器获得AUV的经纬度信息或相对位置信息，将该信息转换为直角坐标系下的位置信息；

通过AUV搭载的声纳传感器获得极坐标下的包含目标量测的量测数据集合，将该量测数据集合转换为直角坐标系下的量测数据集合；

所述时间校正为：将数据采集周期设置为导航传感器的工作周期，在声纳传感器的工作周期到来时，将标志位的值设置为真；在声纳传感器的工作周期未到来时，将标志位的值设置为假。