一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法及軌跡標識系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于多傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法，包括：步驟1：根據(jù)前一時刻的高斯項及其身份標識確定預(yù)測的高斯項及其身份標識，并給每一個新生的高斯項添加非專有的身份標識；步驟2：根據(jù)所述預(yù)測的高斯項、新生的高斯項及它們的身份標識確定更新的高斯項及其身份標識；步驟3、對更新的高斯項和身份標識進行裁剪與合并；步驟4、根據(jù)裁剪與合并后的高斯項及其身份標識，對權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的身份標識進行調(diào)整；步驟5、提取權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項作為濾波器的輸出，并把對應(yīng)的身份標識一起輸出。所述方法通過給高斯項添加身份標識，將不同時刻目標狀態(tài)關(guān)聯(lián)起來，從而得到各個目標的運動軌跡。
【專利說明】一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法及軌跡標識系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多傳感器信息融合方法，尤其涉及一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法及軌跡標識系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在存在虛警、漏檢和目標數(shù)未知的情況下，Mahler提出的概率假設(shè)密度濾波器是解決目標檢測和跟蹤的新方法。概率假設(shè)密度濾波器避免了觀測值與狀態(tài)值間的直接關(guān)聯(lián)，其最大優(yōu)點是能從后驗矩中估計出目標數(shù)。為解決概率假設(shè)密度濾波器的預(yù)測與更新方程中積分運算難以處理的問題，Vo等提出了粒子概率假設(shè)密度濾波器和高斯混合概率假設(shè)密度濾波器。目前，概率假設(shè)密度濾波器已在被動定位、被動雷達目標跟蹤、視頻跟蹤、聲納圖像中的目標跟蹤和組目標跟蹤等領(lǐng)域取得了比較廣泛的應(yīng)用。 [0003]然而，盡管現(xiàn)存的概率假設(shè)密度濾波算法能有效的估計出目標的狀態(tài)和目標個數(shù)，但是由于避開了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，所以無法確定不同時刻目標狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系，不能得到每一個目標的運動軌跡。構(gòu)建目標的運動軌跡問題是概率假設(shè)密度濾波器中需要探索和解決的一個關(guān)鍵技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法及軌跡標識系統(tǒng)，旨在解決用概率假設(shè)密度濾波器對多目標跟蹤時，目標軌跡難以確定的問題。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1:根據(jù)前一時刻的高斯項及前一時刻的身份標識確定預(yù)測的高斯項及預(yù)測項的身份標識，并給每一個當(dāng)前時刻新生的高斯項添加非專有的身份標識；
[0007]步驟2:根據(jù)所述預(yù)測的高斯項、預(yù)測項的身份標識、新生的高斯項及新生項的身份標識確定更新的高斯項及更新項的身份標識；
[0008]步驟3、對所述更新的高斯項及所述更新項的身份標識進行裁剪與合并；
[0009]步驟4、根據(jù)裁剪與合并后的高斯項及其身份標識，對權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識進行調(diào)整，使身份標識具有唯一性；
[0010]步驟5、提取權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項作為濾波器的輸出，并把經(jīng)過調(diào)整后的、權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識一起輸出。
[0011]進一步地,所述步驟I中，以k-ι表示前一時刻，以k表示當(dāng)前時刻,所述非專有的身份標識用O標記,k-Ι時刻的高斯項集合表示為(w丨,,X*.,,P* ,)，i=l, 2，..., nk_1；k-l時刻
的身份標識集合表示為iL ? i=l, 2，…，η,+ Iii不為O時表明高斯項身份已指定，為O時表
明身份尚未指定，其中，i為索引號，取值從I到IV1, Iv1表示k-Ι時刻高斯項的個數(shù)，i表示k-1時刻高斯項的權(quán)重，xL,表示k-Ι時刻高斯項的均值，表示k-Ι時刻高斯項的
方差; [0012]由k-Ι時刻的高斯項集合,,Ρ；丨),i=l, 2，…，Πη和k-Ι時刻的身份標識集合/丨,，i=l, 2，…，Πη得到k時刻預(yù)測的高斯項集合xUD，i=l, 2，…，rvp和k時刻預(yù)測高斯項的身份標識集合t |? i=l, 2，“'Πμ，其中1-表示k時刻預(yù)測高斯項的權(quán)重，4m表示k時刻預(yù)測高斯項的均值，表示k時刻預(yù)測高斯項的方差，
<*胃1 = Λ.W'k 1，= H，Pi I* =Qn +Fi |P:— 1 , 4i— I =l'k I ;這里，Ps 為目標幸存
的概率，F(xiàn)h為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Qk_i為過程噪聲協(xié)方差矩陣；k時刻新生的高斯項集合為?Κ?ΙΛ1)，1=1，2，...，1^,，其中、^、d Ρ/'Λ1是給定的參數(shù)，分別表示新生高斯項的權(quán)重、均值和方差，nY)k為新生高斯項的個數(shù)；k時刻新生高斯項的身份標識集合為，i=l, 2，…，nY，k，把所述k時刻新生高斯項的身份標識統(tǒng)一置為非專有標識0，即/二\ = 0，i=l, 2,…，nY’k。
[0013]進一步地，所述步驟2中，根據(jù)所述k時刻預(yù)測的高斯項集合(Hk，i=l, 2，…，nH和k時刻新生的高斯項集合.，i=l, 2,..., nY；k以及預(yù)測高斯項的身份標識集合t i，i=l, 2，…，Πη和新生高斯項的身份標識集合d' 5 i=l, 2，…，nY，k，得到k時刻更新的高斯項集合(wi,xi,P丨)> i=l,..., (mk+l) (n^+n^J和更新高斯項的身份標識集合? i=l,..., (mk+l) (nH+nu),其中,mk為k時刻測量集Zk中測量的個數(shù)，
、》1-表示k時刻更新高斯項的權(quán)重，xl表示k時刻更新高斯項的均值，P二表示k時刻更新高斯項的方差；
[0014]當(dāng)i ( nk_i+nY，k 時，πΚ = ， lk = lt:k 1? 當(dāng) i > n k _! + η Y，k 時，令 q = i n t [( 1- 1 ) /(n k+ η Y’ k) ] ， p = 1- q X ( n k+ η Y ’ k) ， K廣 P/'4 ,Η;(Η4Ρ: ,H; +) 1,貝丨J
=χ?!ι；—I+K>[zf(f)-x“...丨] ? = (I — !，
IPn wl 1..1 # (- H...15 f + Rj)
—_；_'_z_:_:_i_
k—,, ?其中，int表示取
4(2,)+Λ, Σ Μζ^Ν(ξ;χ^Μ^ιΜ?Κ?--Μ+^) }i=}P
e=tlk ~ lk\k i ^
整，PD為目標探測概率，λ。為雜波密度，Hk為觀測矩陣，Rk為觀測噪聲的協(xié)方差，Kp為濾波器增益，,為第Ρ個預(yù)測或新生高斯項的均值，Kk ,為第p個預(yù)測或新生高斯項的方差，
I為單位矩陣，I為第P個預(yù)測或新生高斯項的權(quán)重，N表示高斯分布，ξ為目標的狀態(tài)，h為第e個預(yù)測或新生高斯項的均值，P“ ?為第e個預(yù)測或新生高斯項的方差，zq為k時刻測量集Zk中的第q個測量，更新后的高斯項的個數(shù)為η,ραιΗ+η，,)(mk+l)。
[0015]進一步地，所述步驟3中，k時刻更新的高斯項表示為(h^W)，i=l，2，…，nk|k，
k時刻更新高斯項的身份標識集合為1丨》i=l, 2，…，nk|k,其中rikfOiH+nLk) (mk+l);刪除權(quán)重充分小的，即4 <的高斯項，其中，τ為裁剪門限；
[0016]從裁剪后余下的高斯項中將距離du〈U的高斯項合并成一個，其中U為合并門限，
合并距離定義為44);合并后高斯項的身份標識確定原則為:
若合并前高斯項的身份標識全為0，則合并后高斯項的身份標識也為0 ;否則，在合并前身份標識不為0的高斯項中，取權(quán)重最大的高斯項身份標識作為合并后高斯項的身份標識；在對高斯項進行合并時，權(quán)重大于0.5的高斯項不與其它權(quán)重大于0.5的高斯項進行合并。
[0017]進一步地，所述步驟4中，根據(jù)裁剪與合并后的高斯項，對權(quán)重大于0.5的高斯項的身份標識進行判定:如果高斯項的身份標識大于0，表明其身份已確定；如果為0，表明其身份尚未指定，此時需要給其指定一個唯一的非零標識作為其專有的身份標識。
[0018]進一步地，為使專有的身份標識具有唯一性，一個專有的身份標識被使用后，專有的身份標識自動加1，如果多個高斯項具有相同的專有的身份標識，權(quán)重系數(shù)最高的高斯項的身份標識維持不變，其它高斯項的身份標識重新指定。
[0019]本發(fā)明還提供一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識系統(tǒng)，包括:
[0020]預(yù)測模塊，根據(jù)前一時刻的高斯項及前一時刻的身份標識確定預(yù)測的高斯項及預(yù)測的身份標識，并給每一個新生的高斯項添加非專有的身份標識；
[0021]更新模塊，根據(jù)所述預(yù)測的高斯項、預(yù)測項的身份標識、新生的高斯項及新生項的身份標識確定更新的高斯項及更新項的身份標識；
[0022]裁剪與合并模塊，對所述更新的高斯項及所述更新項的身份標識進行裁剪與合并；
[0023]調(diào)整模塊，根據(jù)裁剪與合并后的高斯項及其身份標識，對權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識進行調(diào)整，使身份標識具有唯一性；
[0024]目標狀態(tài)提取模塊，提取權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項作為濾波器的輸出，并把經(jīng)過調(diào)整后的、權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識一起輸出。
[0025]進一步地，在所述預(yù)測模塊中，以k-Ι表示前一時刻，以k表示當(dāng)前時刻，所述非專
有的身份標識用0標記，k-Ι時刻的高斯項集合表示為(ι'4,)> i=l, 2，…，nk_1; k_l
時刻的身份標識集合表示為/〖?，i=l, 2，…，nk_1； /；,不為0時表明高斯項身份已指定，為0時表明身份尚未指定，其中，i為索引號，取值從1到rvp 表示k-Ι時刻高斯項的個數(shù)，.表示k-Ι時刻高斯項的權(quán)重，xL,表示k-Ι時刻高斯項的均值，(丨表示k-Ι時刻高斯項的方差；
[0026]由k-Ι時刻的高斯項集合，i=l, 2，…，&和k_l時刻的身份標識集合/丨...,》i=l, 2，…， η得到k時刻預(yù)測的高斯項集合(w-1i ,,4ii i)?
和k時刻的預(yù)測高斯項的身份標識集合，i=l, 2，…，nH，其中,表示k時刻預(yù)測
高斯項的權(quán)重，^?表示k時刻預(yù)測高斯項的均值，I*..表示k時刻預(yù)測高斯項的方差，
= A * < I , K\k-4 =Kl，Ki 1 =Qh +m , 〖=4 I ;這里，Ps 為目標幸存的概率，F(xiàn)k_i為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，Qk_i為過程噪聲協(xié)方差矩陣；k時刻新生的高斯項集合為(?iyvCv，n':v)，i=i，2，…，nY,k，其中4;:?、Ci'、是給定的參數(shù)，分別表示新生高斯項的權(quán)重、均值和方差，nY，k為新生高斯項的個數(shù)4時刻新生高斯項的身份標識集合為/ /ν，i=l，2，并把所述k時刻新生高斯項的身份標識統(tǒng)一置為非專有標識0，
即 00，i=l，2，…，nY’k。
[0027]進一步地，所述更新模塊中，根據(jù)所述k時刻預(yù)測的高斯項集合i>41- ” Κι— 1)，i=l，2,…，Πη和k時刻新生的高斯項集合(wdxU'，d')，
i=l, 2，以及預(yù)測高斯項的身份標識集合i > i=l, 2，…，和新生高斯項的身份標識集合d，i=l, 2，...，1^，15,得到1^時刻更新的高斯項集合?,*丨_，？丨),i=l,...，(mk+l)(η^+ηy^)和更新高斯項的身份標識集合.? i=l,…，(mk+l) (n^+n^,,)，其中,mk為k時刻測量集Zk中測量的個數(shù)，ni表示k時刻更新高斯項的權(quán)重，χ?表示k時刻更新高斯項的均值，表示k時刻更新高斯項的方差；
[0028]當(dāng)i ( nk_i+nY，k 時， 4 =0 —P/)).4 p 4=XL.ι>K = 4 = lkk 1? 當(dāng) i > η k _ i + η y，k 時，令 q = i n t [ ( 1- 1 ) /(n k+ n Y , k) ]，P = 1- q X (nk+nY’k) , κ,, =:::: P: H:1 M: P H +R^)'，則
【權(quán)利要求】
1.一種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:根據(jù)前一時刻的高斯項及前一時刻的身份標識確定預(yù)測的高斯項及預(yù)測項的身份標識，并給每一個當(dāng)前時刻新生的高斯項添加非專有的身份標識； 步驟2:根據(jù)所述預(yù)測的高斯項、預(yù)測項的身份標識、新生的高斯項及新生項的身份標識確定更新的高斯項及更新項的身份標識； 步驟3、對所述更新的高斯項及所述更新項的身份標識進行裁剪與合并； 步驟4、根據(jù)裁剪與合并后的高斯項及其身份標識，對權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識進行調(diào)整，使身份標識具有唯一性； 步驟5、提取權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項作為濾波器的輸出，并把經(jīng)過調(diào)整后的、權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識一起輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌跡標識方法，其特征在于，所述步驟I中，以k-Ι表示前一時刻，以k表示當(dāng)前時刻,所述非專有的身份標識用O標記，k-Ι時刻的高斯項集合表示為
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的軌跡標識方法，其特征在于，所述步驟2中，根據(jù)所述k時刻預(yù)測的高斯項集合
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的軌跡標識方法，其特征在于，所述步驟3中，k時刻更新的高斯項表示為丨)，i=l, 2, ---,IikIk, k時刻更新高斯項的身份標識集合為ξ ? i=l，2,…，nk|k，其中Iiklk=Ov1+nY，k) (mk+l);刪除權(quán)重充分小的，即< 的高斯項，其中，τ為裁剪門限； 從裁剪后余下的高斯項中將距離du〈U的高斯項合并成一個，其中U為合并門限，合并距離定義為= (x* -χ?) (Ρ? + P/) '(x^ -)；合并后高斯項的身份標識確定原則為:若合并前高斯項的身份標識全為0，則合并后高斯項的身份標識也為O ;否則，在合并前身份標識不為O的高斯項中，取權(quán)重最大的高斯項身份標識作為合并后高斯項的身份標識；在對高斯項進行合并時，權(quán)重大于0.5的高斯項不與其它權(quán)重大于0.5的高斯項進行合并。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軌跡標識方法，其特征在于，所述步驟4中，預(yù)設(shè)的權(quán)重閾值為0.5，根據(jù)裁剪與合并后的高斯項，對權(quán)重大于0.5的高斯項的身份標識進行判定:如果高斯項的身份標識大于0，表明其身份已確定；如果為0，表明其身份尚未指定，此時需要給其指定一個唯一的非零標識作為其專有的身份標識。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的軌跡標識方法，其特征在于，為使專有的身份標識具有唯一性，一個專有的身份標識被使用后，專有的身份標識自動加1，如果多個高斯項具有相同的專有的身份標識，權(quán)重系數(shù)最高的高斯項的身份標識維持不變，其它高斯項的身份標識重新指定。
7.—種概率假設(shè)密度濾波器的軌跡標識系統(tǒng)，其特征在于，包括: 預(yù)測模塊，根據(jù)前一時刻的高斯項及前一時刻的身份標識確定預(yù)測的高斯項及預(yù)測的身份標識，并給每一個新生的高斯項添加非專有的身份標識； 更新模塊，根據(jù)所述預(yù)測的高斯項、預(yù)測項的身份標識、新生的高斯項及新生項的身份標識確定更新的高斯項及更新項的身份標識； 裁剪與合并模塊，對所述更新的高斯項及所述更新項的身份標識進行裁剪與合并；調(diào)整模塊，根據(jù)裁剪與合并后的高斯項及其身份標識，對權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識進行調(diào)整，使身份標識具有唯一性； 目標狀態(tài)提取模塊，提取權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項作為濾波器的輸出，并把經(jīng)過調(diào)整后的、權(quán)重大于預(yù)設(shè)權(quán)重閾值的高斯項的身份標識一起輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軌跡標識系統(tǒng)，其特征在于，在所述預(yù)測模塊中，以k-Ι表示前一時刻，以k表示當(dāng)前時刻，所述非專有的身份標識用O標記，k-Ι時刻的高斯項集合表示為,,
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的軌跡標識系統(tǒng)，其特征在于，所述更新模塊中，根據(jù)所述k時刻預(yù)測的高斯項集合，i=l, 2，…，IV1和k時刻新生的高斯項集合，PuV)，i=l, 2，…，nY，k以及預(yù)測高斯項的身份標識集合Itkk ,?i=l, 2，…，Iv1和新生高斯項的身份標識集合CY，i=l, 2，..., nY；k,得到k時刻更新的高斯項集合
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的軌跡標識系統(tǒng)，其特征在于，裁剪與合并模塊中，k時刻更新的高斯項表示為(ηζ,χ?+)? i=l, 2，k時刻更新高斯項的身份標識集合為Ii >i=l，2，"^nklk，其中Iiklk=Ov1+!^,) (mk+l);刪除權(quán)重充分小的，即的高斯項，其中，τ為裁剪門限； 從裁剪后余下的高斯項中將距離du〈U的高斯項合并成一個，其中U為合并門限，合并距離定義為
【文檔編號】G06T7/20GK103679753SQ201310690685
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】劉宗香, 謝維信, 余友 申請人:深圳大學(xué)