[发明专利]基于带噪声目的地信息约束的跟踪方法

说明书

本发明公开一种基于带噪声目的地信息约束的跟踪方法，在笛卡尔坐标系下，对运动目标的状态进行建模得到目标的状态方程；将目的地的笛卡尔坐标增广到运动目标的状态向量中得到运动目标的增广状态方程；根据增广状态向量各状态分量之间确定的约束关系构造伪量测；利用增广状态向量在滤波过程中同时估计运动目标的位置、速度和目的地坐标；将伪量测增广到运动目标的量测向量中，得到增广量测方程；根据增广状态方程和增广量测方程进行滤波，根据滤波结果更新运动目标的状态估计和状态估计协方差。本发明克服了现有技术在目的地信息受噪声影响的情况下直接利用目的地坐标构造约束条件会引入较大的约束误差，导致滤波性能恶化甚至出现发散现象的问题。

技术领域

本发明涉及运动目标状态估计领域，具体而言，涉及一种基于带噪声目的地信息约束的跟踪方法。

背景技术

约束状态估计是在目标状态服从等式或不等式约束条件的情况下，对其进行状态估计的方法。在很多实际目标跟踪场景中，目标运动轨迹不完全由目标本身的运动速度决定，而是受其所处物理环境或是其自身运动特点影响或限制，并不是无约束的自由运动。合理利用这些实际场景中蕴含的约束信息可以有效的提高估计性能和滤波精度。

在实际应用中存在这样一种线性等式约束条件，其先验信息是不完整的，只有目标运动的目的地，即约束直线上的一个点的先验信息是已知的，我们把这种约束称为目的地约束。这种约束可用来估计反辐射导弹在水平笛卡尔坐标平面上的运动状态，由于其导引头的导引策略，在中途不改变打击目标的情况下，反辐射导弹在笛卡尔坐标系内的运动轨迹可以视作是指向静止打击目标的一条直线。而作为防守方，静止打击目标(例如雷达)的坐标我们是先验可知的。这种明显的运动特点可以作为先验约束信息引入跟踪系统用来提高估计精度。其他应用还包括重要设施的反炮击保护等。针对这类目的地约束目标跟踪问题，目前已有一些研究成果，如G.Zhou and K.Li,“State estimation withdestination constraints,”Proceedings of 19th International Conference onInformation Fusion,pp.292–297,2016(目的地约束下的状态估计)中利用量测点和目的地连线来构造近似的目的地约束，并通过伪量测将约束先验信息引入跟踪系统中，相比无约束目标跟踪方法取得了明显的性能提升。又如Y.Huang,X.Wang,et.al.,“Stateestimation with incomplete linear constraint,”Proceedings of20thInternational Conference on Information Fusion,pp.1524–1529,2017(非完整线性约束下的状态估计)中根据无约束方法的位置滤波结果和目的地连线构造近似的完整线性约束条件，然后利用投影方法得到约束滤波结果，提高了跟踪精度。

在实现本发明的过程中，发明人发现以上方法均假设目的地坐标是确定已知的，在实际目标跟踪应用场景中，我们能够获得的目的地坐标不一定总是完全准确的，可能会因测量噪声或其他因素的影响导致其与真实目的地坐标间存在偏差。在这种情况下，采用以上方法直接利用目的地坐标构造约束条件会引入较大的约束误差，导致滤波性能恶化甚至出现发散现象。

发明内容

本发明提供一种基于带噪声目的地信息约束的跟踪方法，用以克服现有技术在目的地信息受噪声影响的情况下直接利用目的地坐标构造约束条件会引入较大的约束误差，导致滤波性能恶化甚至出现发散现象的问题。

本发明提供一种基于带噪声目的地信息约束的跟踪方法，包括以下步骤:

在笛卡尔坐标系下，对运动目标的状态进行建模，得到运动目标的状态方程；

将运动目标的目的地的笛卡尔坐标增广到运动目标的状态向量中作为新的状态分量，根据增广状态向量得到运动目标的增广状态方程；

根据所述增广状态向量各状态分量之间确定的约束关系构造伪量测；利用所述增广状态向量在滤波过程中同时估计运动目标的位置、速度和目的地坐标；