异步纯方位目标跟踪方法、装置、设备及介质 |
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申请号 | CN202410108293.9 | 申请日 | 2024-01-25 | 公开(公告)号 | CN117991187A | 公开(公告)日 | 2024-05-07 |
申请人 | 中国电子科技集团公司第二十九研究所; | 发明人 | 张炜; 李昊; 曹旭源; 杨益川; 余晨; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了异步纯方位目标 跟踪 方法、装置、设备及介质,该方法每次跟踪周期内仅利用一个一体化 传感器 对 辐射 源的纯方位量测更新跟踪方程,其他一体化传感器不需要中断原有计划中的工作任务和模式。本发明保留了分布式一体化 传感器系统 多功能同时存在的能 力 。 | ||||||
权利要求 | 1.一种异步纯方位目标跟踪方法,其特征在于,所述方法包括多个分布式一体化传感器,所述方法包括: |
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说明书全文 | 异步纯方位目标跟踪方法、装置、设备及介质技术领域[0001] 本发明属于无源被动跟踪技术领域,尤其涉及异步纯方位目标跟踪方法、装置、设备及介质。 背景技术[0002] 当利用分布式多站传感器的角度信息对电磁辐射目标进行交叉定位跟踪时,传统多站交叉定位方式需要利用多个传感器节点的同步角度量测进行定位。多功能一体化传感器具备侦察、通信和探测等功能。基于分布式一体化传感器的交叉定位,需要各个一体化传感器中断当前的工作任务和计划,然后同时工作于侦察模式对目标进行侦察测角。这种基于多传感器同时测角的纯方位定位跟踪方式,限制了分布式一体化传感器系统的多功能同时工作能力,不满足对复杂电磁环境的多功能同时能力需求。 发明内容[0003] 本发明的目的在于,为克服现有技术缺陷,提供了异步纯方位目标跟踪方法、装置、设备及介质,不需要多个一体化传感器中断已有工作计划而同时工作于侦察测角模式,不影响分布式一体化系统的同时多功能能力。 [0004] 本发明目的通过下述技术方案来实现: [0005] 一种异步纯方位目标跟踪方法,所述方法包括多个分布式一体化传感器,所述方法包括: [0006] 步骤A:获取目标的起始航迹; [0007] 步骤B:通过一次观测执行前后信息熵的变化,获取信息增量; [0008] 步骤C:选取使目标对应最大信息增量的传感器,控制对应的传感器对目标进行跟踪; [0010] 步骤E:在下一时刻,切换至信息增量最大的量测平台,并返回步骤B,重复执行步骤B‑步骤E。 [0011] 进一步的,所述起始航迹的获取方式包括有源探测或多站交叉测向。 [0012] 进一步的,所述选取使目标对应最大信息增量的传感器,控制对应的传感器对目标进行跟踪具体包括: [0013] 以每次观测获取的信息增量最大的原则为被优化的指标,建立基于信息增量的传感器管理的目标函数: [0014] [0015] 其中,jk表示k时刻为目标带来最多信息的传感器, 为k时刻传感器j的信息增量;m为网络中传感器总数。 [0016] 进一步的,所述采用扩展卡尔曼滤波,根据当前量测平台位置信息对目标航迹进行更新具体包括: [0017] 利用状态估计进行外推,得到一步预测值和预测协方差; [0018] 根据下一时刻的量测平台位置信息计算无源量测预测值; [0019] 建立对应的两侧矩阵,并得到状态更新方程和协方差更新方程。 [0020] 另一方面,本发明还提供了一种异步纯方位目标跟踪装置,所述装置包括多个分布式一体化传感器,所述装置包括: [0021] 起始航迹获取模块,所述起始航迹获取模块用于执行步骤A:获取目标的起始航迹; [0022] 信息增量获取模块,所述信息增量获取模块用于执行步骤B:通过一次观测执行前后信息熵的变化,获取信息增量; [0023] 资源分配模块,所述资源分配模块用于执行步骤C:选取使目标对应最大信息增量的分配方式,控制对应的传感器与目标的配对选择进行跟踪; [0024] 航迹更新模块,所述航迹更新模块用于执行步骤D:采用扩展卡尔曼滤波,根据当前量测平台位置信息对目标航迹进行更新; [0025] 量测平台切换模块,所述量测平台切换模块用于执行步骤E:在下一时刻切换至信息增量最大的量测平台,并返回步骤B,重复执行步骤B‑步骤E。 [0027] 另一方面,本发明还提供了一种计算机可读存储介质,存储介质中存储有计算机程序,计算机程序由处理器加载并执行以实现上述的任意一种异步纯方位目标跟踪方法。 [0028] 本发明的有益效果在于: [0029] 本发明提供了一种适用于分布式一体化传感器异步纯方位的目标跟踪方法,该方法每次仅利用一个一体化传感器的纯方位量测更新跟踪航迹,不需要多个一体化传感器中断已有工作计划而同时工作于侦察测角模式,不影响分布式一体化系统的同时多功能能力,更有利于提升分布式一体化系统对复杂电磁环境的应对能力。附图说明 [0030] 图1是本发明实施例异步纯方位目标跟踪方法流程示意图; [0031] 图2是本发明实施例基于信息增量选择的侦察测角平台序号示意图; [0032] 图3是本发明实施例不同跟踪方法的跟踪轨迹结果示意图; [0033] 图4是本发明实施例不同跟踪方法的位置跟踪误差示意图; [0034] 图5是本发明实施例不同跟踪方法的速度跟踪误差示意图; [0035] 图6是本发明实施例异步纯方位目标跟踪装置结构框图。 具体实施方式[0036] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0037] 基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0038] 传统的基于多传感器同时测角的纯方位定位跟踪方式,限制了分布式一体化传感器系统的多功能同时工作能力,不满足对复杂电磁环境的多功能同时能力需求。 [0039] 为了解决上述技术问题,提出了本发明异步纯方位目标跟踪方法、装置、设备及介质的下述各个实施例。 [0040] 实施例1 [0041] 本实施例用观测前后目标状态的概率密度的变化来计算信息熵的变化,根据最大化信息增量准则对传感器资源进行科学合理的分配。 [0042] 设目标的状态方程可表示为: [0043] X(k+1)=F(k)X(k)+V(k); [0044] 式中:X(k)为状态向量;F(k)为状态转移矩阵;V(k)是零均值、协方差为Q(k)的高斯白噪声向量。 [0045] 对于平台i,考虑非线性量测方程为: [0046] Zi(k)=h[k,X(k)]+Wi(k) [0047] 式中:Zi(k)为量测向量;h(k)为非线性量测矩阵;W(k)是零均值、协方差为R(k)的高斯白噪声向量。 [0048] 参照图1,如图1所示是本实施例异步纯方位目标跟踪方法流程示意图,该方法具体包括以下步骤: [0049] 步骤A:获取目标的起始航迹。具体地,滤波初始阶段,一体化系统开启有源探测功能或者利用多站交叉测向起始航迹、滤波初始化,得到初始X(2|2)和初始协方差P(2|2)。 [0050] 步骤B:通过一次观测执行前后信息熵的变化,获取信息增量。具体地,目标不确定性可以用信息熵来定量描述,通过一次观测执行前后信息熵的变化可以求得信息增量。 [0051] 量测的信息增量为 [0052] [0053] 式中,P(k|k‑1)为预测误差协方差,P(k|k)为估计误差协方差。 [0054] 步骤C:选取使目标对应最大信息增量的传感器,控制对应的传感器对目标进行跟踪。具体地,选取使目标对应最大信息增量的分配方式,信息增量越大,代表该传感器此次量测能够消除更多的目标状态不确定性,采用其对应的传感器与目标的配对选择进行跟踪,目标航迹更加精细,跟踪精度更加准确。 [0055] 以每次观测获取的信息增量最大的原则为被优化的指标,建立基于信息增量的传感器管理算法。分布式传感器组成的网络化系统每一时刻只需要选择一个传感器对目标量测,当采用基于信息增量的传感器管理方法寻找k时刻为目标带来最多信息的传感器jk,其目标函数可描述为: [0056] [0057] 其中, 为k时刻传感器j的信息增量;m为网络中传感器总数;jk为k时刻所选出的最佳传感器。 [0058] 步骤D:采用扩展卡尔曼滤波,根据当前量测平台位置信息对目标航迹进行更新。具体地,由于无源感知功能是被动侦收对方辐射信号,用于滤波的量测只有方位角度,对应的跟踪算法选用被动的扩展卡尔曼滤波。 [0059] 1)利用状态估计进行外推,得到一步预测值 [0060] [0061] 预测协方差 [0062] P(k|k‑1)=F(k‑1)P(k‑1|k‑1)F(k‑1)T+Q(k); [0063] 2)如果下一时刻量测为平台i的无源量测,则量测预测值为 [0064] [0065] 式中,(xi,yi)为平台i的位置信息。 [0066] 3)对应的量测矩阵为 [0067] [0068] 式中, 其中 分别是k‑1时刻目标的预测坐标位置。 [0069] 4)可以得到状态更新和协方差更新。 [0070] 增益为: [0071] K(k|k‑1)=P(k|k‑1)H(k)T[H(k)P(k|k‑1)H(k)T+R(k)]T [0072] 状态更新方程: [0073] [0074] 协方差更新方程: [0075] P(k|k)=[I‑K(k)H(k)]P(k|k‑1) [0076] 式中 [0077] Zi(k)=θi(k), [0078] 步骤E:在下一时刻,切换至信息增量最大的量测平台,并返回步骤B,重复执行步骤B‑步骤E。 [0079] 本实施例提供了一种适用于分布式一体化传感器异步纯方位的目标跟踪方法,该方法每次仅利用一个一体化传感器的纯方位量测更新跟踪航迹,不需要多个一体化传感器中断已有工作计划而同时工作于侦察测角模式,不影响分布式一体化系统的同时多功能能力,更有利于提升分布式一体化系统对复杂电磁环境的应对能力。 [0080] 实施例2 [0081] 本实施例结合仿真进行对比说明。 [0082] 本实施例共有3个一体化传感器分别位于(0km,0km)、(20km,0km)、(50km,0km),敌方平台目标初始位置(31km,300km)。在0~50s内,辐射源目标沿X和Y方向速度(100,0)m/s匀速运动,51~100s内,辐射源目标沿运动切线方向加速度为2(转弯率0.0141)进行左转弯运动;101~150s内,辐射源目标沿运动切线方向加速度为‑2进行右转弯运动;151~300s内,辐射源目标进行匀速直线运动。 [0083] 一体化系统有源探测的距离噪声均方差为100m,角度噪声均方差为0.09°;一体化系统的观测采样间隔均为0.5s。 [0084] 参与对比的目标跟踪方法有: [0085] 1)有源探测跟踪,平台1对目标进行有源探测跟踪。 [0086] 2)单独无源跟踪,平台1利用纯角度跟踪滤波。 [0087] 3)交叉定位跟踪,3个平台协同测角跟踪滤波。 [0088] 4)本发明的异步纯方位跟踪,三个平台基于信息增量选择跟踪资源进行无源测角跟踪。 [0089] 参照图2,如图2所示是本实施例基于信息增量选择的侦察测角平台序号示意图。由于平台1、平台3与目标的观测几何区别最大,即目标所获得的信息量最大,所以跟踪阶段主要是轮流选择平台1和平台3的传感器。 [0090] 参照图3‑图5,如图3所示是本实施例不同跟踪方法的跟踪轨迹结果示意图,如图4所示是本实施例不同跟踪方法的位置跟踪误差示意图,如图5所示是本实施例不同跟踪方法的速度跟踪误差示意图。从图中跟踪效果来看,本实施例的异步纯方位跟踪方法与多站交叉协同跟踪方法性能类似,但是本实施例不要求分布式一体化传感器同时工作于侦察测角模式,有利于分布式系统多功能的同时发挥。 [0091] 实施例3 [0092] 参照图6,如图6所示是本实施例异步纯方位目标跟踪装置结构框图,该装置具体包括以下结构: [0093] 起始航迹获取模块,起始航迹获取模块用于执行步骤A:获取目标的起始航迹; [0094] 信息增量获取模块,信息增量获取模块用于执行步骤B:通过一次观测执行前后信息熵的变化,获取信息增量; [0095] 资源分配模块,资源分配模块用于执行步骤C:选取使目标对应最大信息增量的分配方式,控制对应的传感器与目标的配对选择进行跟踪; [0096] 航迹更新模块,航迹更新模块用于执行步骤D:采用扩展卡尔曼滤波,根据当前量测平台位置信息对目标航迹进行更新; [0097] 量测平台切换模块,量测平台切换模块用于执行步骤E:在下一时刻切换至信息增量最大的量测平台,并返回步骤B,重复执行步骤B‑步骤E。 [0098] 实施例3 [0099] 本优选实施例提供了一种计算机设备,该计算机设备可以实现本申请实施例所提供的异步纯方位目标跟踪方法任一实施例中的步骤,因此,可以实现本申请实施例所提供的异步纯方位目标跟踪方法的有益效果,详见前面的实施例,在此不再赘述。 [0100] 实施例4 [0101] 本领域普通技术人员可以理解,上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成,或通过指令控制相关的硬件来完成,该指令可以存储于一计算机可读存储介质中,并由处理器进行加载和执行。为此,本发明实施例提供一种存储介质,其中存储有多条指令,该指令能够被处理器进行加载,以执行本发明实施例所提供的异步纯方位目标跟踪方法中任一实施例的步骤。 [0102] 其中,该存储介质可以包括:只读存储器(ROM,Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM,Random Access Memory)、磁盘或光盘等。 [0103] 由于该存储介质中所存储的指令,可以执行本发明实施例所提供的任一异步纯方位目标跟踪方法实施例中的步骤,因此,可以实现本发明实施例所提供的任一异步纯方位目标跟踪方法所能实现的有益效果,详见前面的实施例,在此不再赘述。 |