1.基于量测迭代更新的多传感器GMPHD自适应融合方法,其特征在于该方法具体包括以下步骤:(1)构建多传感器多目标跟踪场景,并对目标的运动模型进行初始化,设置目标运动的相关参数,包括目标运动的过程噪声和传感器的量测噪声;其中传感器的量测来自目标或来自杂波;
建立目标的运动模型:
式中,k表示离散时间变量,i表示目标的序号,i=1,2,···,N, 表示第i个目标在k时刻的状态变量,ωk表示均值为零、方差为Qk的高斯白噪声,映射fk|k+1表示第i个目标从k时刻到k+1时刻状态转移的状态转移方程;第i个目标在k时刻的状态变量其中,(xi,k,yi,k)为k时刻第i个目标在监测空间中的位置分量,为k时刻第i个目标在监测空间中的速度分量;
如果传感器的量测来自目标,则传感器的量测符合以下传感器量测模型:式中,j表示传感器的序列,j=1,2,···,s, 表示k时刻传感器j的输出量测,映射hk表示第j个传感器在k时刻对目标状态的观测方程,υk表示均值为零、方差为 的测量高斯白噪声,且各时刻的过程噪声和测量噪声相互独立;k时刻传感器j的观测集合为累积观测集合为 s个传感器累积到k时刻的观测集合为 传感器j在k时刻对被跟踪目标的探测概率为
如果传感器的量测来自杂波,则传感器的量测符合以下杂波模型:式中,!表示阶乘,nk为k时刻监测空域内的杂波个数,假设杂波数量服从强度为λ的泊松分布,ρ(nk)为杂波个数nk的概率函数,yl为第l个杂波的位置状态,Ψ(x)为监测空间的体积,q(yl)为第l个杂波出现的概率;
(2)构建一种多传感器迭代更新自适应融合框架;
基于OSPA度量对GM粒子集进行质量评价,进行加权来突出权值较大的粒子的对OSPA度量值的影响,再根据粒子集质量的一致性对传感器融合顺序进行排序,从而得到最优融合顺序;该方法描述如下:假设存在s个传感器,对于任意的传感器j,j=1,2,···,s,k-1时刻得到最终融合后的后验GM粒子集 其中Jk-1为GM项的个数, 分别表示目标的权重、状态估计和对应的协方差估计;任意的一个传感器j在k-1时刻的量测集为则对于传感器j,由观测函数 的反函数 得到一个量测对应的一个状态
其中L为量测个数;
根据如下的基于OSPA距离的公式计算各传感器的一致性:式中,c为水平参数,用于调节目标状态估计误差的阈值;p为距离敏感参数;
基于上式分别计算k-1时刻每个传感器的全局一致性度量,并将计算结果从小到大排序,它决定了k时刻的融合顺序;此处认为全局一致度量越小,则传感器获得的GM粒子集质量越高;因此,可以按照全局一致性度量由大到小对融合顺序进行排序,即最先将GM粒子集质量最低的传感器进行融合,然后与GM粒子集质量第二低的传感器进行融合,以此类推,直到最终与GM粒子集质量最高的传感器融合完毕;
(3)对每个传感器分别应用高斯混合PHD滤波算法对先验信息和自身获得的测量值进行滤波估计;
高斯混合PHD滤波算法具体过程如下:
1)预测新生目标
式中, 表示第ib个目标在k-1时刻的先验权重, 表示第ib个目标在k时刻的预测权重; 表示第ib个目标在k-1时刻的先验状态值, 表示第ib个目标在k时刻的预测状态值; 表示第ib个目标在k-1时刻的先验协方差, 表示第ib个目标在k时刻的预测协方差,Jγ,k表示预测的新生目标个数;
2)预测已存在目标
式中, 表示第is个目标在k-1时刻的权值,ps表示目标的生存概率; 示第is个目标在k时刻的预测权值; 表示第is个目标在k-1时刻的先验状态值, 表示第is个目标在k时刻的预测状态值,Fk-1表示k-1时刻目标的状态转移矩阵; 表示第is个目标在k-1时刻的先验协方差, 表示第is个目标在k时刻的预测协方差;Jk-1表示预测的已存在的目标个数,Qk-1表示k-1时刻的过程噪声协方差,F’k-1表示Fk-1的转置;
3)更新
先验PHD强度密度Dk|k-1的高斯和形式为:
Jk|k-1=Jγ,k+Jk-1
式中,N(·;x,P)表示均值为x、协方差为P的高斯分布,Jk|k-1表示k时刻的预测目标个数;
则k时刻后验PHD强度密度Dk的高斯和形式为:
式中
式中, 表示传感器j在k时刻对被跟踪目标的检测概率,κk(z)表示监测空间中的杂波强度;
(4)排序;根据步骤(2)中的自适应融合框架和步骤(3)的估计值分别计算各传感器的全局一致性度量,并根据计算结果由大到小对传感器融合顺序进行排序;
(5)融合;基于步骤(4)计算得到的传感器融合顺序和下列公式进行融合操作;
首先,假设k时刻融合顺序为FSk={s1,...su,...ss},将融合顺序中排在第一位的传感器su=1得到的后验估计 作为滤波器的先验信息,即:利用下一个传感器su+1的量测 对其进行更新、剪枝合并,得到后验估计 再将其作为滤波器的先验信息,即:
u=u+1
再利用下一个传感器su+1的量测对其进行更新、剪枝合并,结果也同样作为滤波器的先验信息,依照此步骤直到利用最后一个传感器su=s的量测 进行更新、剪枝合并,得到后验高斯粒子估计集 将该粒子集反馈给每个传感器,作为下一时刻的先验信息进行滤波;
(6)枝剪、合并与状态输出;
对滤波后的混合高斯信息进行枝剪合并操作,并输出目标估计信息;
对k时刻每一次进行融合后得到的融合的高斯混合粒子集 由于后验概率密度高斯项随时间变化会出现无限制增加,因此需要通过枝剪和合并来解决该问题;
首先对 中权重值 小于设定枝剪门限Tth的高斯项进行删除;接着从权重值最大的一个 开始,利用马氏距离判断其与每个点迹间的距离,通过合并门限U来对门限内的高斯项进行合并,通过循环操作后得到 表示高斯项的个数;
在k时刻最后一次融合完成后,进行状态的提取,对高斯粒子权值大于0.5的进行四舍五入,得到状态集xk,目标估计数Nk;
(7)将步骤(6)最终输出的 反馈给各传感器,作为下一时刻的输入,重复步骤(3)到步骤(7),迭代完所有时刻,得到最终的融合结果。