第七讲目标跟踪算法.pptxVIP

多源信息融合处理技术主讲人：李玉柏ybliuestc.edu

第七讲：目标动态模型与目标跟踪目标跟踪基本概念坐标系与跟踪门模型目标的动态模型基本的目标跟踪算法量测模型的线性化处理量测坐标转换基于BLUE的Kalman滤波算法

1、目标跟踪基本概念 目标跟踪是指为了维持对目标当前状态的不断估计，同时，也是对传感器接不断收到的量测进行处理的过程。目标状态包括：运动学分量，如目标的位置、速度。其他特性分量：有辐射的信号强度，谱特性，“属性”信息等。常数或其他缓变参数：精合系数，传播速度等。

1）目标跟踪基本概念 目标跟踪是一个典型的不确定性问题，并随着监视和反监视技术发展和目标机动性提高，使得目标跟踪问题的不确定性更加严重。跟踪问题的不确定性主要来源：目标运动状态的不确定性-过程噪声量测(信息)源的不确定性-观测噪声多目标和密集杂回波环境造成量测数据模糊-虚假噪声。 目标跟踪本质是通过滤波，对目标运动状态进行估计和预测，来消除目标相关的不确定性。

目标跟踪基本概念 目标跟踪处理过程所关注的量测通常不是原始的观测数据，而是信号处理子系统或者检测子系统的输出信号。包括：直接的位置估计、斜距、方位角信息多传感器的抵达时间差由于Doppler频移导致的多传感器间的观测频差等。 航迹(Track)是目标跟踪领域经常提到的概念，它是指基于源于同一目标的一组量测信息获得的目标状态轨迹的估值，本质上就是目标跟踪滤波结果。

2）单目标跟踪基本原理框图 单机动目标跟踪是目标跟踪的基础。其基本要素包括量测数据形成，目标机动模型，自适应滤波与预测以及跟踪坐标系和滤波状态的选取。 单机动目标跟踪本质上就是一个递推滤波过程。首先，由传感器获得目标的量测数据；通过量测模型获得量测数据与目标位置的关系函数，将此与目标的当前状态一起作为输入；由跟踪滤波器结合机动目标模型得到当前目标状态的估计值和预测值，并把得到的状态作为下一时刻的初始状态，从而完成单机动目标跟踪过程。

单目标跟踪基本原理框图

目标跟踪基本原理框图 图中假定目标动态特性用包含位置、速度和加速度的状态向量X表示，量测量用Z表示，新息向量用 表示。–首先先由量测量Z和状态预测量计算残差（新息）向量–然后根据;的变化进行机动检测或机动辨识;其次按照某一准则或逻辑调整滤波增益与协方差矩阵或者实时辨识出目标机动特性；最后由滤波算法得到目标的估计值和预测值，从而完成目标跟踪功能。

3）多目标跟踪基本原理 多机动目标跟踪是指在多量测数据的情况下，利用跟踪滤波和数据关联算法对多个机动目标进行状态估计和跟踪的算法。 多机动目标跟踪不仅包括单机动目标的基本要素，还形成一些新的要素，主要包括跟踪门规则，数据关联和跟踪维持等。其中数据关联是多机动目标跟踪的核心。多机动目标跟踪的基本框架如下图所示。

多目标跟踪基本原理

2、坐标系与跟踪门 任何目标的运动描述和跟踪问题都是相对于某一特定的坐标系而言的，是几种常见的有下面几种坐标系：惯性坐标系：原点选在地球球心，定义X，Y，Z三坐标轴互相垂直并且各自指向某相应的恒天体，例如令Z指向北极星。地理坐标系：也叫NED坐标系，原点设在载机质心上，N指向北，E指向东，D方向垂直地平面并指向地心。除了在北极附近外，地理坐标系可近似看作一个惯性坐标系，因为载机的移动造成各轴方向的变化很小，可以忽略不计。

1）各种坐标系载机坐标系：也叫机体坐标系，或观测坐标系。原点设在载机质心上，X轴为载机纵轴机头方向，Y轴为右机翼正向，Z轴由右手螺旋定则确定，并朝下。方向余弦坐标系：是由于相控阵雷达的应用而引入的。相控阵雷达一般采用方向余弦坐标系给出观测值z=[R，cosα，cosβ]T，其中R是原点到目标的径向距离，α/β分别是目标径向与X，Y轴的夹角。 上述前三种坐标系属于直角坐标系，方向余弦坐标系属于球面坐标系。

各种坐标系 通常探测器的量测信息是在球面坐标系中进行的，但是运动目标的状态方程在直角坐标系中可以线性地表示。 如果在一种坐标系中建立目标的状态方程，要么状态方程线性，观测（量测）方程非线性；要么状态方程非线性，观测方程线性。–前面我们介绍了量测信息的坐标系转换。

2）跟踪门 跟踪门是整个跟踪空域中的一块子区域，它将传感器接收到的量测信号划分为可能源于目标和不可能源于目标的两个部分。其中心位于被跟踪目标的预测位置，大小由接收正确量测信号的概率来确定。 跟踪门的功能是将落入跟踪门内的量测信号称为候选信号。–在数据关联过程中，如果只有一个量测信号落入该目标的跟踪门内，则此量测直接用于航迹更新；

跟踪门基本概念如果多于一个以上的量测信号落在被跟踪目标的跟踪门内，那么通过跟踪门逻辑可以粗略确定用于航迹更新的量测信号集合。然后通过更高级的数据关联技术，以最终