[发明专利]一种任意直线约束下目标跟踪方法

说明书

本发明涉及一种任意直线约束下目标跟踪方法，包括：从观测雷达处获取目标位置量测信息构建量测向量，量测向量包括目标相对观测雷达坐标系原点的距离量测和方位角量测；利用目标过往时刻状态向量对目标当前时刻状态向量进行状态增广，得到增广后的状态向量及其对应的状态方程，增广状态包括k时刻及之前d个连续时刻的状态，d表示增广部分的时间跨度；根据目标运动的直线轨迹形状构造伪量测描述任意直线约束关系，并将伪量测增广到量测向量中，得到增广后的量测方程；采用非线性滤波方法，利用增广后的状态方程和量测方程进行滤波。本发明构造伪量测，利用直线轨迹形状信息提高滤波精度，为任意直线约束下的目标跟踪问题提供了一条新的解决途径。

技术领域

本发明涉及目标跟踪技术领域，尤其涉及一种任意直线约束下目标跟踪方法。

背景技术

目标跟踪就是系统对来自目标的量测(距离、角度、多普勒速度等)进行处理，以便保持对目标现时状态(位置、速度、加速度等)的估计。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状态估计性能和滤波精度。

在实际跟踪场景中存在这样一种约束条件，其来源于所有直线轨迹共同的形状特征而非某一条特定轨迹，我们称之为任意直线约束。举例来讲，在地面目标跟踪问题中，跟踪在道路上行驶的车辆时，地图提供的道路位置信息常常被用作目标运动的约束先验信息。然而在一些情况下，无法获取地图信息，或者无法保证地图信息是准确可靠的。假如地图本身是未及时更新的，或存在制图误差的，那么地图上关于道路位置，方向的具体信息都是不可信的。此时将其作为约束先验信息引入滤波器中会导致滤波性能恶化甚至发散。

除了地面目标外，在对舰船或空中目标跟踪时，这种情况更加普遍，这是由于舰船和飞机本身的特点，导致其有很大可能在相当长一段时间内保持直线运动。然而关于其航行路线的具体信息一般是难以精确获得的，并且目标真实运动轨迹不一定完全与航线重合。因此在这类约束目标跟踪中，可利用的约束先验信息只有目标轨迹形状特征，而这种形状特征是无法通过传统的约束建模方法来描述的，且不同于先验信息不完整的线性等式约束条件。因此，探寻准确高效的任意直线约束建模和状态估计方法有重要的意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决现有技术没有针对任意直线约束建模和状态估计方法的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种任意直线约束下目标跟踪方法，包括以下步骤：

S1、从观测雷达处获取目标位置量测信息构建量测向量，量测向量包括目标相对观测雷达坐标系原点的距离量测和方位角量测

S2、利用目标过往时刻的状态向量对目标当前时刻的状态向量x_k及目标运动模型的状态方程进行状态增广，得到增广后的状态向量及其对应的状态方程，增广状态包括k时刻及之前d个连续时刻的状态，d表示增广部分的时间跨度；

S3、根据目标运动的直线轨迹形状构造伪量测描述任意直线约束关系，并将伪量测增广到量测向量中，得到增广后的量测方程；

S4、采用非线性滤波方法，利用增广后的状态方程和量测方程进行滤波，得到约束状态估计结果，实现目标跟踪。

优选地，所述步骤S2中，笛卡尔坐标系下目标运动模型的状态方程为：

x_k+1＝Φ_kx_k+Γ_kv_k；