《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一种时变交互多模型融合目标跟踪方法
2021年电子技术应用第9期
栾铸徵,俞成龙,顾 兵,赵先涛
中国船舶重工集团公司第723研究所,江苏 扬州225101
摘要: 针对交互多模型(IMM)目标跟踪理论采用不变的马尔可夫转移概率矩阵以及在模型概率更新中采用的是残差模型,缺乏实时适应性,提出了以多模型滤波结果为中心,以贝叶斯估计理论融合多模型跟踪结果来更新目标状态分布,并根据模型似然函数更新下一时刻模型概率,以当前滤波模型目标状态分布似然函数来更新模型间马尔可夫转移概率矩阵。采用蒙特卡罗仿真与常规IMM方法进行了对比,对强机动目标和扰动静态目标场景进行了仿真,结果表明该方法航迹误差精度优于常规IMM,可以有效地对机动目标跟踪。
中圖分類號(hào): TN958;O212.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211555
中文引用格式: 欒鑄徵,俞成龍,顧兵,等. 一種時(shí)變交互多模型融合目標(biāo)跟蹤方法[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2021,47(9):111-116.
英文引用格式: Luan Zhuzheng,Yu Chenglong,Gu Bing,et al. A time varying IMM fusion target tracking method[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(9):111-116.
A time varying IMM fusion target tracking method
Luan Zhuzheng,Yu Chenglong,Gu Bing,Zhao Xiantao
The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225101,China
Abstract: For interacting multiple model(IMM) target tracking theory, the invariable Markov transition probability matrix is used, and the residual model is used in the model probability updating, which is lack of real-time adaptability. In this paper, we propose to update the target state distribution based on the multi model filtering results, Bayesian estimation theory and multi model tracking results, update the model probability at the next moment according to the model likelihood function, and update the Markov transition probability matrix between models with the current filtering model target state distribution likelihood function. The Monte Carlo simulation is compared with the conventional IMM method, and the strong maneuvering target and disturbed static target scenes are simulated. The results show that the track error accuracy of this method is better than that of the conventional IMM method, and it can effectively track the maneuvering target.
Key words : Markov transition probability matrix;interacting multiple model(IMM);likelihood function;Bayesian estimation

0 引言

    因?yàn)槟繕?biāo)受航路、動(dòng)力及環(huán)境等因素影響,目標(biāo)總是在做機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng),例如反艦導(dǎo)彈末端變軌,高空制導(dǎo)炸彈拋物線運(yùn)動(dòng)時(shí)受到空氣阻力和重力的作用,旋翼無人機(jī)受人為控制飛飛停停等。這種機(jī)動(dòng)性往往是不可預(yù)測(cè)的,使用單一固定的濾波模型很難準(zhǔn)確跟蹤機(jī)動(dòng)目標(biāo)狀態(tài),濾波器結(jié)果會(huì)發(fā)散,導(dǎo)致跟蹤失敗。因此由Blom和Bar-Shalom提出交互多模型(IMM)算法,采用基于位置、勻速、勻加速、Singer等多種濾波并存方式,目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)是多個(gè)濾波器交互作用的結(jié)果,采用馬爾可夫(Markov)鏈控制模型間的交互,把各個(gè)模型上一時(shí)刻的濾波值進(jìn)行交互作用作為各模型的下一時(shí)刻的輸入,然后分別進(jìn)行濾波,得到的結(jié)果進(jìn)行模型概率加權(quán)輸出作為最終的結(jié)果,效果比單模型的好,從而IMM算法廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域[1-4]。但在常規(guī)IMM中馬爾可夫轉(zhuǎn)移概率矩陣是固定值,并且模型概率是通過卡爾曼濾波(Kalman)更新過程中產(chǎn)生的殘差來更新模型概率,模型概率更新及模型概率轉(zhuǎn)移沒有結(jié)合當(dāng)前的目標(biāo)狀態(tài)分布。所以本文提出了以模型間似然函數(shù)(Likelihood Function)及多模型貝葉斯后驗(yàn)估計(jì)(Bayesian Estimation)融合思想,采用當(dāng)前模型跟蹤結(jié)果更新模型交互概率和以貝葉斯估計(jì)融合多模型輸出作為目標(biāo)狀態(tài)更新值,與目標(biāo)實(shí)際機(jī)動(dòng)情況更加符合,本文對(duì)強(qiáng)機(jī)動(dòng)目標(biāo)和擾動(dòng)靜態(tài)目標(biāo)進(jìn)行了基于Kalman濾波器的時(shí)變IMM模型融合算法(TV-IMM)和常規(guī)IMM方法(C-IMM)仿真,結(jié)果表明時(shí)變IMM模型融合算法比常規(guī)IMM方法更有效。




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作者信息:

欒鑄徵,俞成龍,顧  兵,趙先濤

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第723研究所,江蘇 揚(yáng)州225101)




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