一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，包括：海洋中多個信號發(fā)射點和多個觀測接收點實現(xiàn)非合作目標的定位，產(chǎn)生目標定位亮點；剔除每對信號發(fā)射點與觀測接收點間基線附近的目標定位亮點；對目標定位亮點進行時間對準，得到每個脈沖周期內(nèi)的目標定位亮點；采用聚類分析，對每個脈沖周期得到的亮點進行聚類處理，利用卡爾曼濾波將距離類中心較遠的亮點剔除；對每個脈沖周期得到的亮點進行處理，將剩下的亮點求均值，對這些均值進行分段擬合，得到目標軌跡；對目標軌跡重新進行分段預測，利用卡爾曼濾波將距離預測軌跡較遠的亮點剔除，實現(xiàn)迭代濾波；對剩下的亮點求均值，再利用最小二乘法進行分段擬合，得到最終的目標軌跡。
【專利說明】一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲信號探測領(lǐng)域，特別涉及一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]海洋中的目標有時為非合作目標，它自身安靜運行，不主動發(fā)射信號，出其不意地出現(xiàn)在待觀測區(qū)域內(nèi)，自噪聲非常低，因此采用主被動結(jié)合的多節(jié)點探測方式可有效提高目標的檢測估計性能。
[0003]海洋中的多節(jié)點探測網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)于單節(jié)點的優(yōu)點，它有更廣的檢測覆蓋范圍、更靈活的幾何布局、更利于實現(xiàn)目標定位和跟蹤。但是，多節(jié)點探測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢只能在各節(jié)點協(xié)同工作、并利用控制中心進行智能控制和管理的條件下才能充分展現(xiàn)。
[0004]多節(jié)點探測網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點能采集到不同的信息數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)有可能實現(xiàn)目標定位和跟蹤，對應(yīng)可得到目標的不同定位亮點文件。根據(jù)信號發(fā)射點與觀測接收點的不同布局特點以及所采用的不同定位方法，這些亮點文件中的數(shù)據(jù)誤差也各有特征。如果簡單地對不同時刻的亮點數(shù)據(jù)取均值，那么得到的目標軌跡誤差非常大。尤其當目標穿過信號發(fā)射點與觀測接收點基線附近時，目標定位誤差極大，其結(jié)果基本不可信。因此，如果采用了不恰當?shù)臄?shù)據(jù)處理方法，那么增加多節(jié)點探測網(wǎng)絡(luò)中的觀測節(jié)點數(shù)量后，不僅不能提高目標定位精度，反而可能導致目標定位誤差增大，最終影響目標跟蹤定位效果。
[0005]目標軌跡具有連續(xù)性特征，并包含有時戳信息，通過它可確定目標運動速度和運動態(tài)勢，并有可能實現(xiàn)目標識別，或提高對目標的辨識能力，因此軌跡跟蹤方法的性能優(yōu)劣將直接影響目標的判別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的多節(jié)點探測網(wǎng)絡(luò)中的目標軌跡跟蹤方法誤差較大的缺陷，從而提供能夠有效提高對非合作目標辨識能力的方法及系統(tǒng)。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，包括:
[0008]步驟I)、海洋中多個信號發(fā)射點和多個觀測接收點利用雙曲交匯定位方法實現(xiàn)非合作目標的定位，產(chǎn)生目標定位亮點；
[0009]步驟2)、從步驟I)所得到目標定位亮點的集合中，剔除每對信號發(fā)射點與觀測接收點間基線附近的目標定位売點；
[0010]步驟3)、對步驟2)所得到的目標定位亮點進行時間對準，得到每個脈沖周期內(nèi)的目標定位売點；
[0011]步驟4)、采用聚類分析，對每個脈沖周期得到的亮點進行聚類處理，同時利用卡爾曼濾波將距離類中心較遠的亮點剔除；
[0012]步驟5)、對每個脈沖周期得到的亮點進行處理，將步驟4)中剩下的亮點求均值，利用最小二乘法對這些均值進行分段擬合，得到目標軌跡；
[0013]步驟6)、對步驟5)得到的目標軌跡重新進行分段預測，利用卡爾曼濾波將距離預測軌跡較遠的亮點剔除，實現(xiàn)迭代濾波；
[0014]步驟7)、對步驟6)中剩下的亮點求均值，然后再利用最小二乘法進行分段擬合，得到最終的目標軌跡。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述步驟I)包括:
[0016]步驟1-1)、觀測接收點測量目標回波和直達波信號，得到直達波與目標反射回波之間的時間差，同時測量得到目標方位；
[0017]步驟1-2)、實現(xiàn)信號發(fā)射點與觀測接收點時間同步，測量信號發(fā)射點與觀測接收點的坐標；
[0018]步驟1-3)、信號發(fā)射點與觀測接收點根據(jù)步驟1-1)得到的直達波與目標反射回波之間的時間差、目標方位以及信號發(fā)射點與觀測接收點的坐標，采用雙曲交匯定位方法實現(xiàn)對非合作目標的定位，得到目標定位亮點。
[0019]上述技術(shù)方案中，所述的步驟2)包括:將信號發(fā)射點與觀測接收點間的連線確定為基線，將平行于該基線的小范圍區(qū)域作為不可信區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)的目標定位亮點全部剔除。
[0020]上述技術(shù)方案中，所述的步驟3)包括:采用頻域或時域的信號處理方法將這些信號在時間上加以區(qū)分，得到各脈沖周期對應(yīng)的目標定位亮點。
[0021]上述技術(shù)方案中，所述步驟4)包括:
[0022]步驟4-1)、從一亮點集合中任意選擇一個亮點作為聚類中心；所述亮點集合包括一脈沖周期內(nèi)所得到的所有亮點；
[0023]步驟4-2)、計算剩余亮點與所述聚類中心之間的距離，當剩余亮點中的某一亮點與所述聚類中心的距離大于第一門限時，將該亮點從亮點集合中剔除，當該亮點與聚類中心的距離小于門限時，將該亮點保存在一個新聚類中；其中，所述第一門限與信號發(fā)射點到觀測接收點的距離、測量誤差大小、要求的定位精度有關(guān)；
[0024]步驟4-3)、重新計算新聚類的聚類中心，即計算該聚類中所有亮點的均值；
[0025]步驟4-4)、不斷重復步驟4-2)-步驟4_3)的操作，直到標準測度函數(shù)開始收斂為止;
[0026]在步驟5)中，采用最小二乘法對步驟4)所述濾波處理后所剩余的亮點數(shù)據(jù)進行時間上的分段軌跡擬合，最小二乘法公式為:
[0027]y (X) = a+bx+cx2
[0028]系數(shù)a、b、c滿足方程組
【權(quán)利要求】
1.一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，包括: 步驟1)、海洋中多個信號發(fā)射點和多個觀測接收點利用雙曲交匯定位方法實現(xiàn)非合作目標的定位，廣生目標定位売點； 步驟2)、從步驟I)所得到目標定位亮點的集合中，剔除每對信號發(fā)射點與觀測接收點間基線附近的目標定位売點； 步驟3)、對步驟2)所得到的目標定位亮點進行時間對準，得到每個脈沖周期內(nèi)的目標定位売點； 步驟4)、采用聚類分析，對每個脈沖周期得到的亮點進行聚類處理，同時利用卡爾曼濾波將距離類中心較遠的亮點剔除； 步驟5)、對每個脈沖周期得到的亮點進行處理，將步驟4)中剩下的亮點求均值，利用最小二乘法對這些均值進行分段擬合，得到目標軌跡； 步驟6)、對步驟5)得到的目標軌跡重新進行分段預測，利用卡爾曼濾波將距離預測軌跡較遠的亮點剔除，實現(xiàn)迭代濾波； 步驟7)、對步驟6)中剩下的亮點求均值，然后再利用最小二乘法進行分段擬合，得到最終的目標軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，其特征在于，所述步驟I)包括: 步驟1-1)、觀測接收點測量目標回波和直達波信號，得到直達波與目標反射回波之間的時間差，同時測量得到目標方位； 步驟1-2)、實現(xiàn)信號發(fā)射點與觀測接收點時間同步，測量信號發(fā)射點與觀測接收點的坐標； 步驟1-3)、信號發(fā)射點與觀測接收點根據(jù)步驟1-1)得到的直達波與目標反射回波之間的時間差、目標方位以及信號發(fā)射點與觀測接收點的坐標，采用雙曲交匯定位方法實現(xiàn)對非合作目標的定位，得到目標定位亮點。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟2)包括:將信號發(fā)射點與觀測接收點間的連線確定為基線，將平行于該基線的小范圍區(qū)域作為不可信區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)的目標定位亮點全部剔除。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，其特征在于，所述的步驟3)包括:采用頻域或時域的信號處理方法將這些信號在時間上加以區(qū)分，得到各脈沖周期對應(yīng)的目標定位亮點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，其特征在于，所述步驟4)包括: 步驟4-1)、從一亮點集合中任意選擇一個亮點作為聚類中心；所述亮點集合包括一脈沖周期內(nèi)所得到的所有亮點； 步驟4-2)、計算剩余亮點與所述聚類中心之間的距離，當剩余亮點中的某一亮點與所述聚類中心的距離大于第一門限時，將該亮點從亮點集合中剔除，當該亮點與聚類中心的距離小于門限時，將該亮點保存在一個新聚類中；其中，所述第一門限與信號發(fā)射點到觀測接收點的距離、測量誤差大小、要求的定位精度有關(guān)； 步驟4-3)、重新計算新聚類的聚類中心，即計算該聚類中所有亮點的均值；步驟4-4)、不斷重復步驟4-2)-步驟4-3)的操作，直到標準測度函數(shù)開始收斂為止； 在步驟5)中，采用最小二乘法對步驟4)所述濾波處理后所剩余的亮點數(shù)據(jù)進行時間上的分段軌跡擬合，最小二乘法公式為:
y (X) = a+bx+cx2 系數(shù)a、b、c滿足方程組
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，其特征在于，所述步驟6)包括: 步驟6-1)、根據(jù)步驟5)中軌跡分段擬合后的結(jié)果采用拋物線回歸法進行軌跡預測，得到預測段的軌跡值； 步驟6-2)、將步驟4)中的濾波后剩下的亮點數(shù)據(jù)與所述預測段軌跡值進行比較，當該亮點與預測值的距離大于第二門限時，剔除該亮點，否則保留該亮點；其中，所述第二門限與要求的定位精度有關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤方法，其特征在于，所述步驟7)包括: 步驟7-1)、對步驟6)后所剩下的亮點求均值； 步驟7-2)、采用拋物線回歸方法對剩下的亮點均值進行分段擬合，每段之間有重疊，然后對各時刻的擬合值平均，得到每個時刻的軌跡值； 步驟7-3)、采用滑動窗平滑方法對步驟7-2)得到的軌跡進行平滑，由此得到最終的目標軌跡。
8.一種多觀測節(jié)點下非合作目標的軌跡跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括非合作目標定位模塊、多余目標初次剔除模塊、時間對準模塊、聚類分析模塊、一次分段擬合模塊、分段預測模塊、二次分段擬合模塊；其中， 所述的非合作目標定位模塊用于海洋中多個信號發(fā)射點和多個觀測接收點利用雙曲交匯定位方法實現(xiàn)非合作目標的定位，產(chǎn)生目標定位亮點； 所述的多余目標初次剔除模塊從所述的非合作目標定位模塊所得到目標定位亮點的集合中，剔除每對信號發(fā)射點與觀測接收點間基線附近的目標定位亮點； 所述的時間對準模塊用于對目標定位亮點進行時間對準，得到每個脈沖周期內(nèi)的目標定位売點； 所述的聚類分析模塊采用聚類分析，對每個脈沖周期得到的亮點進行聚類處理，同時利用卡爾曼濾波將距離類中心較遠的亮點剔除； 所述的一次分段擬合模塊用于對每個脈沖周期得到的亮點進行處理，將剩下的亮點求均值，利用最小二乘法對這些均值進行分段擬合，得到目標軌跡； 所述的分段預測模塊用于對所述一次分段擬合模塊得到的目標軌跡重新進行分段預測，利用卡爾曼濾波將距離預測軌跡 較遠的亮點剔除，實現(xiàn)迭代濾波； 所述二次分段擬合模塊對分段預測模塊所輸出的剩下的亮點求均值，然后再利用最小二乘法進行分段擬合，得到最終的目標軌跡。
【文檔編號】G01S15/58GK103901432SQ201210572524
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月25日
【發(fā)明者】李嶷 申請人:中國科學院聲學研究所