專利名稱：基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達數(shù)據(jù)處理中的機動目標跟蹤技術(shù)，采用基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法。
背景技術(shù)：
機動目標跟蹤是雷達數(shù)據(jù)處理的一個重要課題。目前，隨著目標自身的機動特性的不斷提高，機動性能成為衡量武器系統(tǒng)的一個重要戰(zhàn)術(shù)指標。因此，機動加速度大范圍變動或突變的機動目標跟蹤問題已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注，跟蹤高速機動目標是現(xiàn)代雷達系統(tǒng)必須要解決的問題。 機動目標跟蹤的最大難點在于機動目標模型并不能滿足實際運動的需要。傳統(tǒng)方法往往是針對目標機動模型本身，加入相關(guān)的機動變化量，當機動發(fā)生時，通過設(shè)置閾值判斷機動，調(diào)節(jié)機動變化量，從而實現(xiàn)機動目標跟蹤，這種方法往往存在機動變化量無法滿足實際機動變化的需要，故當機動加速度出現(xiàn)大范圍變動時，就無法跟蹤到目標；或者采用多模型的方法，當發(fā)生機動時進行模型間的切換，或者增加濾波模型，從而得到目標狀態(tài)的最佳位置估值。此方法算法復(fù)雜度高，不易實現(xiàn)濾波器參數(shù)的自適應(yīng)控制。本發(fā)明結(jié)合線性回歸和聚類分析理論，設(shè)計出一種新的高速機動目標跟蹤方法。通過設(shè)計一種自適應(yīng)波門，進行點跡的關(guān)聯(lián)，從源頭找到目標；并提出一種基于點跡參數(shù)投影的特征提取方法，從分裂的航跡中提取出目標航跡，從而避免了加入機動變化量和修改濾波模型帶來的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法，該發(fā)明能夠?qū)崟r并穩(wěn)定的跟蹤高速機動目標。實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為首先為目標跟蹤設(shè)計關(guān)聯(lián)波門。目標跟蹤過程中，由于目標發(fā)生機動，常常導(dǎo)致跟蹤不穩(wěn)定致使目標丟失。從數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的角度，我們可以認為是沒有找到合適的觀測數(shù)據(jù)與目標航跡關(guān)聯(lián)。如果為了保證跟蹤的穩(wěn)定性，擴大波門，又會導(dǎo)致干擾的增加?；谝陨锨闆r，針對直線機動和轉(zhuǎn)彎機動，本算法設(shè)計了兩種波門，如圖(2)所示。當目標發(fā)生機動時，以上一個周期的濾波點J為圓心，當前外推點3到4的距離為半徑，當前航向為基準分別向左右旋轉(zhuǎn)角度一以C點和D點為中心分別建立波門，此類波門主要針對機動轉(zhuǎn)彎的情況；做C點和D點的切線相交與萬點，以萬點為中心建立波門，此類波門主要針對直線機動的情況。發(fā)生在兩次機動之間的航跡，可以被認為是由散列在某一直線附近的點跡所形成的，這些點跡可被看成是每個獨立的樣本。故可構(gòu)建每個觀測點的濾波坐標值的樣本集
2= Xl、…&。然后對一元正態(tài)線性回歸模型進行參數(shù)估計，從而確定波門。
.Λ > 2…乃」其次，根據(jù)已建立的波門，進行點跡關(guān)聯(lián)(每個波門內(nèi)只選擇最近關(guān)聯(lián)到的點跡)，并分別得到分裂航跡奶，％和％。然后對航跡參數(shù)進行特征提取，并根據(jù)聚類分析原理選擇出屬于感興趣目標的航跡。圖3為目標在運動過程中形成的軌跡，從O時刻起始U點)，到i時刻結(jié)束，設(shè)J點為投影中心，假如目標在i+Ι時刻發(fā)生機動，那么對i時刻之前的歷史點跡依次向J點投影。首先，按照運動學(xué)公式，得到相鄰周期間X方向的距離差Λζ,7方向的距離差4y ;其次
根據(jù)下式，將每一個周期的點跡反推回X點
權(quán)利要求
1.一種基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法，其特征在于基于線性回歸理論，設(shè)計一種自適應(yīng)關(guān)聯(lián)波門，進行點跡的關(guān)聯(lián)；并提出一種基于點跡參數(shù)映射的特征提取方法，從分裂的航跡中提取出目標航跡。
2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法，其特征在于基于線性回歸分析理論，設(shè)計一種自適應(yīng)關(guān)聯(lián)波門首先對機動目標航跡的歷史參數(shù)建立樣本集，對濾波點和外推點之間的連線向順時針和逆時針方向進行旋轉(zhuǎn)，依據(jù)線性回歸分析理論，對樣本集進行參數(shù)估計，獲取旋轉(zhuǎn)角度，從而確定左右兩邊的波門；再根據(jù)已經(jīng)確定的波門中心點，沿旋轉(zhuǎn)所得的弧段作切線，在交點處形成波門，此兩類波門可以針對直線機動和轉(zhuǎn)彎機動兩種情況進行點跡關(guān)聯(lián)，并形成多航跡。
3.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述的基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法，其特征在于提出一種基于點跡參數(shù)投影的特征提取方法，該方法對形成的多航跡參數(shù)建立樣本集，對該樣本集中的樣本進行投影，提取特征向量，從而形成聚類；根據(jù)聚類分析理論獲取聚類中心和類內(nèi)相似度，然后，根據(jù)相似度判別準則提取出感興趣目標航跡，該方法無需增加機動變化量和修改濾波模型，對速度大于300km/h的機動目標可以實現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤，并易于工程實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于線性回歸和聚類分析理論的高速機動目標跟蹤方法，主要適用于雷達跟蹤高速并且加速度有大范圍變動的目標，并在保證實時性的情況下實現(xiàn)多種機動情況的穩(wěn)定跟蹤。方法實現(xiàn)過程首先對機動目標航跡的歷史參數(shù)建立樣本集，依據(jù)回歸分析理論設(shè)計自適應(yīng)關(guān)聯(lián)波門，進行航跡分裂，形成多航跡；然后對主航跡樣本集中的樣本進行投影，提取特征向量，根據(jù)聚類分析理論獲取聚類中心并計算類內(nèi)相似度；同樣方法依次得到分裂航跡參數(shù)的投影值，即待分辨樣本；最后，根據(jù)相似度判別準則提取出感興趣目標航跡。在實際工程中應(yīng)用表明，本算法可實現(xiàn)高速強機動目標的穩(wěn)定跟蹤，隨著未來武器裝備的機動性能不斷的提高，該發(fā)明具有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號G06K9/46GK102930276SQ201210437109
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者孟凡, 邢永昌, 鄭慶琳, 劉建 申請人:中國船舶重工集團公司第七二四研究所