Joint range ambiguity resolving and multiple maneuvering targets tracking in clutter via MMPHDF-DA

It is difficult to track multiple maneuvering targets of which the number is unknown and time- varying, especially when there is range ambiguity. The random finite sets （RFS） based probability hypothesis density filter （PHDF） is an effective solution to the problem of multiple targets tracking. However, when tracking multiple targets via the range ambiguous radar, the problem of range ambiguity has to be solved. In this paper, a multiple model PHDF and data association （MMPHDF-DA） based method is proposed to address multiple maneuvering targets tracking with range ambiguous radar in clutter. Firstly, by introducing the turn rate of target and the discrete pulse interval number （PIN） as components of target state vector, and modeling the incremental variable of the PIN as a three-state Markov chain, the problem of multiple maneuvering targets tracking with range ambiguity is converted into a hybrid state filtering problem. Then, by implementing a novel ＂track-estimate＂ oriented association with the filtering results of the hybrid filter, target tracks are provided at each time step. Simulation results demonstrate that the MMPHDF-DA can estimate target state as well as the PIN simultaneously, and succeeds in multiple maneuvering target tracking with range ambiguity in clutter. Simulation results also demonstrate that the MMPHDF-DA can overcome the limitation of the Chinese Remainder Theorem for range ambiguity resolving.     

基于MMPHDF的多机动目标联合检测、跟踪与分类算法

针对场景中存在新目标出现、旧目标消失(即目标数目变化)和密集杂波的复杂情形,利用多模型概率假设密度滤波器(MMPHDF)在多机动目标联合检测与跟踪上的优势,加入类别辅助信息,提出了一种多机动目标联合检测、跟踪与分类算法.该算法的基本思想是在MMPHDF中用属性向量扩展单目标状态向量,用位置和属性的组合测量似然函数代替单目标位置及杂波位置测量似然函数,提高了不同类目标与杂波测量间的鉴别能力,从而改善了目标数目及状态的估计精度;在更新目标状态后,对目标属性信息进行更新,更为精确的目标数目及状态估计又保证了目标分类性能.本文给出了该算法的粒子实现方法.仿真结果验证了上述结论.     

基于ET-GM-PHD的机动多扩展目标跟踪算法

针对原始扩展目标高斯混合概率假设密度（Extended Target Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density,ET-GM-PHD）滤波算法不能解决机动目标跟踪问题,在高斯混合概率假设密度（Gaussian Mixture Probability Hypothesis Density,GM-PHD）滤波框架下,引入修正的输入估计算法（Modified Input Estimation,MIE）,可以有效地处理多扩展目标的机动问题。此外,提出的算法虽然可以实现对未知数目的多机动扩展目标进行跟踪,但无法获得各个目标的航迹。针对此问题,进一步引入高斯分量标记方法,有效地将多机动扩展目标的航迹进行准确关联,获取各个目标的航迹。实验结果表明,提出的算法在弱机动扩展目标跟踪中具有较好的跟踪性能,同时能够有效地估计多扩展目标的航迹。     

基于粒子滤波的交互式多模型多机动目标跟踪

针对交互式多模型联合概率数据关联滤波算法(IMM-JPDAF)在非线性情况下跟踪精度低,并不适用于非高斯问题的情况,提出了一种基于粒子滤波的交互式多模型多机动目标跟踪算法;将交互式多模型联合概率数据关联(IMM-JPDA)与粒子滤波相结合,在交互式多模型联合概率数据关联的框架下,各模型采用粒子滤波算法处理非线性非高斯问题,避免了噪声的高斯假设和非线性部分的线性化误差。仿真结果表明,IMM-JPDA-PF算法的跟踪性能明显优于IMM-JPDAF算法,能够对杂波环境中的多机动目标进行有效跟踪。     

划分交互式箱粒子概率假设密度滤波法

针对现有的多机动目标追踪问题,将交互式多模型(interacting multiple model,IMM)思想与箱粒子概率假设密度滤波器(box probability hypothesis density filter,Box-PHD)相结合,并针对箱粒子在区间密集杂波等复杂环境下箱体偏大,所导致的箱粒子冗余和目标跟踪位置估计不精确等问题,引入箱粒子划分技术,提出一种划分交互式概率假设密度滤波(partitioned interacting multiple model probability hypothesis density filter,PIMM-Box-PHD)算法,来处理椭圆形多机动目标的跟踪问题。该算法首先在预测阶段针对多目标的机动问题引入IMM预测,利用多模型交互方法来解决目标运动时模型失配问题;其次,利用箱划分技术将预测得到的箱粒子划分为大小和权值相同的多个子箱,以提高目标位置估计精度;最后,利用Box-PHD滤波对划分后的小箱粒子集进行区间量测更新。利用实验验证了PIMM-Box-PHD算法在多机动目标跟踪方面的良好性能,以及相较于IMM-Box-PHD算法在目标位置估计方面的优势。     

多模型GM-CBMeMBer滤波器及航迹形成

提出了一种可适用于杂波环境下对多个机动目标进行跟踪并能形成多目标航迹的多模型势平衡多目标多伯努利（Cardinality balanced multi-target multi-Bernoulli,CBMeMBer）滤波器. 随后,在多机动目标时间演化模型和观测模型均为线性高斯的假设条件下利用高斯混合（Gaussian mixture,GM）技术获得了该滤波器解析的递推形式——-多模型 GM-CBMeMBer 滤波器,并简要给出了它在非线性条件下的扩展卡尔曼（Extended Kalman,EK）滤波近似. 仿真实验结果表明所建议的多模型 GM-CBMeMBer 滤波器能有效地对多个机动目标进行跟踪而单模型 GM-CBMeMBer 滤波器则会产生明显的航迹丢失和虚假航迹,并且对于信噪比较低的仿真场景,它的性能优于多模型高斯混合概率假设密度（GM probability hypothesis density,GM-PHD）滤波器,接近于多模型高斯混合势概率假设密度（GM cardinalized PHD,GM-CPHD）滤波器.     

基于强跟踪滤波器的交互式多模型算法

针对传统的EKF-IMM算法鲁棒性较差等问题,提出了一种基于强跟踪滤波器（STF）的交互式多模型算法。该算法通过引入强跟踪滤波器（STF）的渐消因子,实现了对滤波器增益的实时调节,从而提高了系统对机动目标的自适应跟踪能力和跟踪精度。仿真结果表明,在目标不发生机动时,该算法和EKF-IMM算法的跟踪效果相近,在目标发生强机动时,该算法在径向速度和方位角的跟踪精度要优于EKF-IMM算法;提出的算法具有更优的机动目标跟踪性能。     

基于高斯过程的多机动扩展目标跟踪

针对杂波环境下多机动扩展目标跟踪问题, 提出一种基于高斯过程的变结构多模型联合概率数据关联方法.首先, 采用期望模型扩展方法构建自适应模型集, 并对各个扩展目标状态进行初始化.其次, 基于高斯过程建立联合跟踪门以选择有效量测, 形成联合关联矩阵.然后, 拆分联合关联矩阵得到可行关联矩阵并求解关联事件概率.最后, 利用联合概率数据关联滤波器更新各个扩展目标的状态和协方差, 并将更新的状态进行融合, 得到最终的状态估计.仿真验证了所提方法的有效性.     

海面目标的自适应预白化检测前跟踪算法

针对超视距雷达的海面目标检测问题,提出一种基于自适应预白化处理的检测前跟踪（TBD）算法。在目标TBD处理之前,利用海杂波的自回归模型构建白化滤波器进行杂波预白化,在跟踪阶段采用递归贝叶斯算法估计目标运动状态,在检测阶段通过跟踪滤波器的输出构造广义似然比进行似然比检测。不同信噪比下的仿真结果表明,该算法能有效抑制海杂波,检测到低信噪比的目标。．     

Probability hypothesis density filter based on strong tracking MIE for multiple maneuvering target tracking

Taking into account the difficulties of multiple maneuvering target tracking due to the unknown target number and the uncertain acceleration, a novel multiple maneuvering target tracking algorithm based on the Probability Hypothesis Density (PHD) filter and Modified Input Estimation (MIE) technique is proposed in this paper. First, the unknown acceleration vector is added to the target state to form a new augmented state vector. Then, strong tracking filter multiple fading factors are introduced to the MIE method which can adjust the prediction covariance and the corresponding filter gain at different rates in real time, so that the MIE method can adaptively track high maneuvering targets well. Finally, we combine this adaptive MIE method with the PHD filter, which can effectively track multiple maneuvering targets without much prior information. Simulation results show that the proposed algorithm has a higher tracking precision and a better real-time performance than the conventional maneuvering target tracking algorithms.     

非线性系统的多扩展目标跟踪算法

目前扩展目标跟踪算法大都假设其系统为线性高斯系统，针对非线性系统的多扩展目标跟踪问题，提出了采用粒子滤波技术对目标状态和关联假设进行联合估计的多扩展目标跟踪算法。首先，提出了将多扩展目标状态和关联假设进行联合估计的思想，解决了在估计目标状态和数据关联时相互牵制的问题；其次，根据扩展目标演化模型、量测模型建立多扩展目标状态和关联假设的联合建议分布函数，并利用粒子滤波技术实现联合估计的Bayes框架；最后，为解决直接采用粒子滤波实现时存在的维数灾难问题，将目标联合状态粒子的产生和演化分解为各个目标状态粒子的产生和演化，对每个目标的粒子集根据与其相关的权重单独进行重抽样，这样在抑制目标状态估计较差部分的同时使每个目标都保留了对其状态估计较好的粒子。仿真实验结果表明，与扩展目标概率假设密度滤波器的高斯混合实现方式和序贯蒙特卡洛实现方式相比，所提算法的状态估计精度较高，形状估计的Jaccard距离分别降低了30%、20%左右，更适合于非线性系统的多扩展目标跟踪。     

基于交互式CPHD的多传感器多机动目标跟踪

针对多传感器高速多机动目标的跟踪问题,提出一种多传感器交互式贪婪势概率假设密度(MS-IMMGreedy-CPHD)滤波器.该滤波器在预测阶段,通过交互式多模(IMM)算法对势概率假设密度(CPHD)滤波中目标的状态、势分布和运动模型同时进行预测;在滤波的更新阶段,利用贪婪(greedy)量测划分机制选取多传感器量测子集和拟分区,并通过拟分区量测子集对不同模型下CPHD预测的目标状态和势分布以及模型进行交互式更新.仿真结果表明,所提出MS-IMM-Greedy-CPHD滤波能够对高机动多目标进行稳定有效的跟踪,相较于多传感器势概率假设密度(MS-CPHD)滤波,跟踪结果的OSPA误差更小且势估计更加准确.     

杂波环境中多机动目标自适应跟踪算法

针对多杂波多机动目标环境引起的跟踪误差和实时性问题,提出了一种结合IMMPDA和改进的IMMJPDA的自适应多机动目标跟踪算法,在跟踪过程中根据目标之间的距离来选择IMMPDA和改进的IMMJPDA算法中的一种跟踪方法,其中改进的IMMJPDA算法是根据每个模型产生的关联矩阵取并集产生关联矩阵。自适应多机动目标跟踪算法能在有效地提高跟踪实时性的同时,减小目标机动时位置误差的超调。通过蒙特卡罗仿真表明,算法是有效的。     

Research on tracking of maneuvering multi-target based on bionics for IRST system

This paper mainly studies bearing-only target tracking based on bionics for IRST system. Some solutions for the key problem are presented in order to apply in an actual bearing-only engineering system. They include sensor technology, measurement pretreatment technology, association gate technology, data association technology, state filtering technology, etc. The premise of these new approaches is designing an effective sensor system which can reliably search and track targets in a large range. Then, it is important to improve the confirming efficiency of the real target and limit false track overextension with the dense clutter. Then, tracking processing needs a precise target initialization information and association information between the existing target and isolated measurement. At the same time, the threat level of the bearing-only target needs to be estimated based on limited bearing-only information. Finally, aiming at unrecognized model and complex maneuvering motion for bearing-only target in polar coordinates, an effective approach of state filtering algorithm with appropriate computation cost will be given. The application of the proposed approach in an actual engineering system proves its effectiveness and practicability.     

交互式箱粒子标签多伯努利机动目标跟踪算法

针对多机动目标追踪问题, 将交互式多模型(Interacting multiple model, IMM)思想与箱粒子标签多伯努利滤波器(Box-labeled multi-bernoulli filter, Box-LMB)相结合, 提出交互式箱粒子标签多伯努利滤波器(IMM-Box-LMB)算法.该算法首先通过扩展多目标状态, 引入模型匹配概率变量, 并利用量测信息在预测阶段更新模型匹配概率, 进而使用交互式多模型算法对每个箱粒子状态进行混合估计.其次, 在更新阶段提出二次收缩算法, 通过二次收缩算法使更新后的箱粒子具有更大的区间和存活概率, 也更加接近真实目标位置, 从而达到提升后续时刻箱粒子多样性的目的.仿真结果表明, 二次收缩算法能够有效地提升箱粒子的多样性.将二次收缩算法应用于IMM-Box-LMB算法, 能够在不同信噪比下稳定准确地估计机动目标的个数.相同条件下, 与匀速直线运动(Constant velocity, CV)模型下的Box-LMB算法相比, IMM-Box-LMB算法能够对多机动目标的数目以及状态进行更加有效的估计.     

强跟踪输入估计概率假设密度多机动目标跟踪算法

针对多机动目标跟踪中,目标数目未知及加速度不确定的问题,提出一种强跟踪输入估计（modifiedinputestimation,MIE）概率假设密度多机动目标跟踪算法．在详细分析算法的基础上,通过引入强跟踪多重渐消因子,以不同速率实时调节滤波器各个通道的预测协方差及相应的滤波器增益,从而实现MIE算法对加速度未知或发生人幅度突变的机动目标白适应跟踪能力;并将该算法与概率假设密度滤波算法有效结合,町以较好地跟踪未知数目的多机动目标．仿真结果表明,新算法比传统的多机动目标跟踪算法具有更岛的跟踪精度,且具有较好的实时性．     

多机动目标跟踪的IMM-GMPHD滤波算法

针对现有多机动目标跟踪算法精度低、计算量大、约束条件苛刻等问题,本文将高斯混合概率假设密度(Gaussian Mixture PHD,GM-PHD)滤波器和交互式多模型(Interacting Multiple Model,IMM)相结合,提出交互式多模型GM-PHD(Interacting Multiple Mode...     

高脉冲重复频率雷达混合滤波解距离模糊方法

针对高脉冲重复雷达距离模糊问题,提出一种新的混合滤波解距离模糊方法.通过把脉冲间隔数和脉冲间隔变化量作为目标待估计状态,对离散的脉冲间隔数、间隔变化量和连续的目标状态(位置和速度)进行混合滤波,从而将解距离模糊问题转换为对脉冲间隔数的估计问题.初始时刻,由于距离量测模糊,利用多个高脉冲重复频率(HPRF)采用欧氏距离对混合状态进行初始化.在滤波过程中,为了避免门限选择,首先根据脉冲间隔变化量的有限个离散取值,将六维向量的混合滤波模型等效为有限个五维向量的混合滤波模型;然后对量测分别进行混合滤波;最后通过对各模型得到的新息的2范数进行比较获得混合状态估计,从而实现解距离模糊.混合滤波解距离模糊方法为实现高脉冲重复频率雷达实时解距离模糊提供了一种新的研究思路,仿真结果表明,本文提出的混合滤波方法在只有一个脉冲重复频率获得目标量测时较现有多假设方法收敛速度快,并且可以克服多假设方法在脉冲间隔数变化时发生的解模糊错误.     

Range ambiguity resolving of HPRF radar based on hybrid filter

In this paper,a novel method of range ambiguity resolving based on hybrid filter is proposed for high-pulse repetition frequency (HPRF) radars.By considering the discrete-valued pulse interval number (PIN) which is described as the radial range of the target divided by the maximum unambiguous range for a certain HPRF and its incremental variable as target states,the problem of range ambiguity resolving is converted to the hybrid state estimation problem.In the initial time steps,since the range measurement ...     

机动目标跟踪的滤波方法研究

目标跟踪应用中,一类常见的混合估计问题是:目标运动建模在直角坐标系下且是非线性的,同时量测数据由传感器直接获得.通常处理该问题的做法是使用推广卡尔曼滤波器,但效果欠佳.为此,通过将无迹变换(UT)和BLUE算法相结合,提出了一种新型的UT-BLUE滤波器.该滤波器首先利用无迹变换对直角坐标系中的目标状态及其协方差作出预测,然后在保持传感器坐标系(极坐标系)下所固有的量测误差的同时,直接对它们作出更新估计.通过仿真, 将UT-BLUE滤波方法和EKF滤波方法进行比较,表明了该滤波方法的有效性和优越性.