改進(jìn)型交互式多模型快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法研究

宋衛(wèi)靜 張倍 張寧

摘 要 為解決機(jī)動(dòng)目標(biāo)失蹤問(wèn)題，本文在交互式多模型快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法（IMM-FDA）基礎(chǔ)上引入了擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門，通過(guò)調(diào)整關(guān)聯(lián)門的大小，降低跟蹤丟失率，仿真結(jié)果驗(yàn)證了此算法的可行性。

關(guān)鍵詞 交互式多模型；快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門

引言

IMM-FDA算法采用橢圓形關(guān)聯(lián)門，能夠以較小的運(yùn)算量實(shí)現(xiàn)對(duì)多機(jī)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。本文引入了擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門，通過(guò)調(diào)整關(guān)聯(lián)門的大小，降低機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤丟失率。Monte Carlo仿真結(jié)果驗(yàn)證了此算法的可行性以及良好的跟蹤性能。

1 快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法

快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法（FDA）與之不同的地方在于重點(diǎn)分析了多個(gè)目標(biāo)關(guān)聯(lián)門相交區(qū)域中的公共回波對(duì)航跡更新的影響，并綜合考慮了關(guān)聯(lián)門內(nèi)其余候選回波對(duì)航跡更新的作用，以較小的計(jì)算代價(jià)完成了后驗(yàn)概率的計(jì)算，跟蹤效果與JPDA算法近似[1]。

2 交互式多模型快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法

IMM算法的每一個(gè)濾波器對(duì)應(yīng)于目標(biāo)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，模型之間按照狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣進(jìn)行切換。IMM-FDA算法實(shí)質(zhì)是將IMM中原始的卡爾曼濾波器替換為FDA濾波器，算法步驟與IMM算法類似，包括輸入交互、濾波、模型概率更新和輸出綜合[2]。

3 基于擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門的交互式多模型快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法

IMM-FDA算法采用的橢圓形關(guān)聯(lián)門如下：

（10）

IMM-FDA算法中存在多個(gè)運(yùn)動(dòng)模型，運(yùn)用組合關(guān)聯(lián)門，并保持關(guān)聯(lián)門形式不變化，為解決目標(biāo)失蹤問(wèn)題，可將關(guān)聯(lián)門進(jìn)行擴(kuò)大，增大目標(biāo)被重新檢測(cè)到的概率，降低失蹤率。由可知，橢圓門的體積與的行列式成正相關(guān)，若將信息協(xié)方差矩陣中的每個(gè)元素都乘以，相當(dāng)于關(guān)聯(lián)門在每個(gè)方向均擴(kuò)大了倍，由于IMM-FDA算法采用的是橢圓形關(guān)聯(lián)門，經(jīng)擴(kuò)大后的關(guān)聯(lián)門開(kāi)關(guān)保持不變。

關(guān)聯(lián)門過(guò)大或者過(guò)小都不利于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的準(zhǔn)確跟蹤，因此我們預(yù)先設(shè)置好一組數(shù)據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)不到有效量測(cè)時(shí)，采用對(duì)關(guān)聯(lián)門進(jìn)行逐步擴(kuò)大的方式，選擇最優(yōu)擴(kuò)大比例。假設(shè)集合為擴(kuò)大比例的取值范圍，且滿足，集合根據(jù)目標(biāo)具體機(jī)動(dòng)情況設(shè)置，則使用擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門具體流程如下：

①如果IMM-FDA的組合關(guān)聯(lián)門內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到有效量測(cè)，則令。②如果，則令，使用擴(kuò)大后的關(guān)聯(lián)門重新檢測(cè)有效量測(cè)；否則轉(zhuǎn)到第4步。③如果擴(kuò)大后的關(guān)聯(lián)門內(nèi)檢測(cè)到有效量測(cè)，則轉(zhuǎn)到下一步，否則令轉(zhuǎn)到上一步。④將檢測(cè)到的有效量測(cè)輸入到各個(gè)模型的FDA濾波器中。

在IMM-FDA算法中運(yùn)用上述方法，便得到基于擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門的IMM-FDA算法[3]。

4 仿真結(jié)果及分析

對(duì)雜波環(huán)境下三個(gè)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤仿真，掃描周期，轉(zhuǎn)彎角速度，Monte Carlo仿真次數(shù)為100，雜波密度，量測(cè)方差，初始模型概率。

圖1、2給出了兩種算法得到的目標(biāo)x和y方向位置估計(jì)誤差曲線，基于擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門的IMM-FDA算法對(duì)多機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤時(shí)具有更好的跟蹤效果，而且誤差曲線更趨平穩(wěn)。表1用具體數(shù)據(jù)說(shuō)明新算法的有效性。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了雜波環(huán)境下多機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤問(wèn)題，引入擴(kuò)大關(guān)聯(lián)門IMM-FDA算法，通過(guò)檢測(cè)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤概率，適時(shí)調(diào)整關(guān)聯(lián)門大小，以降低機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤丟失率。仿真結(jié)果表明，此算法對(duì)于多機(jī)動(dòng)目標(biāo)具有良好的跟蹤性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 何友.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：29.

[2] 周宏仁.機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1991：207.

[3] 程婷，何子述，李亞星.一種具有自適應(yīng)關(guān)聯(lián)門的雜波中機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2012，34（4）：865-870.