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.     

多传感器目标检测跟踪与分类算法

在目标准确检测优化的研究中,单传感器联合检测、跟踪和分类算法是一种新型算法,可以同时对目标进行检测、状态估计和类别判断.然而上述算法估计目标数目、状态与类别性能较差.采用多传感器方法对目标进行观测,可以显著提高目标检测、跟踪与分类效果.提出基于粒子概率假设密度(PFPHD)滤波器的多传感器联合检测、跟踪和分类算法.首先通过对各传感器信号进行建模,提取目标的属性量测,然后引入目标的属性信息对目标状态空间进行重新建模,从而得到目标综合状态,最后利用多个传感器的量测对综合状态进行序贯处理.仿真结果表明,与单传感器联合算法相比,上述算法能够更准确判断多目标类别,目标数目估计精度和跟踪精度均提高20％以上,验证了算法的有效性和可行性.     

新的分布交互式多模型广义概率数据关联算法

为有效解决密集杂波环境下分布式多传感器多机动目标跟踪问题,提出了一种基于改进D-S证据组合规则的分布交互式多模型多传感器广义概率数据关联（DIMM-MSGPDA-IDS）算法。该算法首先对各局部节点均应用单传感器的IMM-GPDA算法跟踪多机动目标,并将其各模型的状态估计、协方差估计、模型概率、组合新息及其协方差矩阵等滤波结果送至融合中心;在航迹关联判决结束后,融合中心根据各模型对应似然函数的大小融合不同传感器关于同一目标的模型状态估计及其协方差矩阵,并提出利用三维（3-D）证据进行直接融合的改进D-S算法对来源于同一目标的不同传感器的各模型概率进行有效融合,然后依此概率来更新各目标的状态估计并反馈至各局部节点,使之获得更为精确的状态预测;最后,将该算法与基于D-S证据组合规则的分布交互式多模型多传感器联合概率数据关联（DIMM-MSJPDA-DS）算法进行仿真对比分析。理论分析和仿真结果表明,该算法能够很好地对强机动目标进行跟踪,且其计算量相对较小,是一种有效的分布交互式多模型多传感器多机动目标跟踪算法。     

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。     

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。     

基于最优线性无偏估计的交互式多模型机动目标跟踪

为了解决雷达目标跟踪的非线性估计问题,提出了一种基于最优线性无偏估计的交互式多模型(IMM)机动目标跟踪算法.该算法采用最优线性无偏估计(BLUE),把目标的状态在笛卡尔坐标来表示,而把雷达测量误差保留在极坐标下,并结合交互式多模型算法,实现对机动目标的有效跟踪.仿真实验验证了该算法的准确性和有效性.     

基于广义标签多伯努利滤波的可分辨群目标跟踪算法

针对杂波条件下可分辨群目标的状态估计、目标个数与子群个数估计问题,提出了一种基于标签随机有限集（Label random finite set,L-RFS）框架下的可分辨群目标跟踪算法,该算法主要包括两个方面:可分辨多群目标动态建模和多群目标的跟踪估计.本文工作主要包括:1）结合图论中的邻接矩阵对可分辨群目标运动进行动态建模.2）利用基于L-RFS的广义标签多伯努利滤波（Generalizes label multi-Bernoulli,GLMB）算法对目标的状态和个数进行估计,并且通过估计邻接矩阵得到群的结构和个数估计.3）通过个数不同、结构不同的三个子群目标在二维平面分别做线性和非线性运动进行算法验证.仿真分析表明本文算法能够准确估计出群目标中各目标的状态、个数以及子群的个数,并且能获得目标的航迹估计.     

机动目标静态多模型算法

目标跟踪是指利用传感器测量对目标运动状态进行估计。该文针对这一问题,首先建立机动目标跟踪模型;然后实现了基于扩展卡尔曼滤波的静态多模型算法,并对静态多模型与GPB1算法进行了比较。     

基于变分贝叶斯势均衡多目标多伯努利滤波的 多扩展目标跟踪算法

由于传统多扩展目标跟踪算法在量测噪声协方差未知情况下跟踪性能急剧下降,本文提出一种基于变分贝叶斯的势均衡多目标多伯努利滤波(VB--CBMe MBer)跟踪算法,并给出了高斯混合实现.该算法在未知量测噪声协方差的情况下,将量测看成随机分布在扩展目标上的量测产生点所产生,利用变分贝叶斯方法近似地求出各量测产生点状态和量测噪声协方差的联合概率密度,并给出其递归形式以估计量测产生点,继而将得到的量测产生点状态进行聚类得到扩展目标的状态.仿真实验表明,所提算法可以自适应地跟踪未知数目、未知量测噪声协方差的多扩展目标.其跟踪精度与传统的CBMe MBer跟踪算法相比,有明显提高.     

高斯混合交互式多模型容积信息滤波算法

针对机动目标跟踪中由于目标机动使系统的非线性强度增大,导致系统的线性误差增大和跟踪精度明显下降、甚至发散的问题,提出了基于高斯混合的交互式多模型容积信息滤波（ GMIMM-CIF）算法,实现对机动目标的精确跟踪。新算法在每次输入交互之后,保留概率较大的几个假设,并利用一个高斯混合项替换最优多模型算法中剩余的假设,从而使算法中假设的数量保持恒定;用容积信息滤波器（ CIF）代替传统的非线性滤波器,通过估计信息状态向量和信息矩阵而不是估计状态向量和协方差,可以减小系统的非线性误差。通过仿真对比实验,验证了该算法可以提高机动目标的跟踪精度。     

基于裂变繁殖粒子滤波的检测前跟踪算法

针对粒子滤波检测前跟踪(PF TBD)算法存在采样枯竭现象的缺点,提出基于裂变繁殖粒子滤波的检测前跟踪算法。该算法结合检测前跟踪问题的特点,根据代表目标有无的存在变量将粒子分为死亡、新出生和继续存活三类粒子集,其中对继续存活的粒子集进行裂变繁殖操作。裂变繁殖操作增加了粒子的多样性,有效克服了采样枯竭现象。仿真实验验证了所提算法检测性能稳定可靠,跟踪精度高。     

多帧相参积累的检测前跟踪方法

针对现有检测前跟踪（TBD）算法在多帧间积累时都使用非相参积累,积累效率较低的问题,对相参积累的TBD方法进行了研究。该方法在多帧回波数据下通过数据拼接、回波方位选取、噪声置零及走动补偿后利用FFT实现了帧间相参积累。仿真实验表明,相对现有的TBD方法,该方法能在较少帧的回波数据下实现良好的检测性能。     

基于UPF的小目标检测前跟踪算法

为提高对复杂环境下小目标的联合检测和跟踪性能,提出了一种基于粒子滤波的小目标先跟踪后检测(TBD)算法.通过粒子滤波对小目标的运动状态和出现状态进行联合采样,并采用Unscented粒子滤波(UPF)方法对TBD算法进行了具体实现.新算法真正将跟踪思想引入到目标检测中去,对小目标的联合检测与跟踪具有灵敏度高,捕获概率和跟踪性能高,对采样粒子数要求低等优点,能有效增强红外搜索与跟踪系统的"边检测边跟踪"能力.     

基于高斯粒子CPHD滤波的多目标检测前跟踪算法

针对未知目标数条件下多弱小目标检测前跟踪(TBD)算法鲁棒性较低、运算量较大等问题,提出一种基于高斯粒子势概率假设密度(CPHD)滤波的多目标检测前跟踪算法.运用高斯函数近似目标状态的后验概率密度,采取粒子滤波的方法迭代更新CPHD中各高斯项的均值与协方差,无需重采样,避免了粒子退化和采样枯竭等问题;同时结合检测前跟踪算法的实际情况,得出粒子权值的更新表达式.仿真实验表明,与现有算法相比,所提出算法在降低复杂度的同时,可以更为可靠地传递目标势分布信息,从而提高多弱小目标数目和状态估计的准确性和稳定性.     

基于加速鲁棒特征和多示例学习的目标跟踪算法

针对照明变化、形状变化、外观变化和遮挡对目标跟踪的影响,提出一种基于加速鲁棒特征（SURF）和多示例学习（MIL）的目标跟踪算法。首先,提取目标及其周围图像的SURF特征;然后,将SURF描述子引入到MIL中作为正负包中的示例;其次,将提取到的所有SURF特征采用聚类算法实现聚类,建立视觉词汇表;再次,通过计算视觉字在多示例包的重要程度,建立“词-文档”矩阵,并且求出包的潜在语义特征通过潜在语义分析（LSA）;最后,通过包的潜在语义特征训练支持向量机（SVM）,使得MIL问题可以依照有监督学习问题进行解决,进而判断是否为感兴趣目标,最终实现视觉跟踪的目的。通过实验,明确了所提算法对于目标的尺度缩放以及短时局部遮挡的情况都有一定的鲁棒性。     

混沌系统不稳定周期轨道的搜索算法

对混沌系统不稳定周期轨道(unstable periodic orbits,UPO's)的搜索算法进行了深入研究.首先分析了传统的Newton-Raphson算法(NR算法)及Schmelcher-Diakonos算法(SD算法)各自的优点和缺点.然后提出了一种新的UPO's搜索算法,称之为NR-SD算法.该方法集中了NR算法和SD算法各自的优点,能够在保证收敛全局性的条件下,极大地提高UPO's的搜索效率.此外,NR-SD算法采用了一种全新的初始点确定策略,该策略能够保证搜索到所有的长周期UPO's.最后借助于实例模拟验证了NR-SD算法的有效性,同时论证了周期p与p周期UPO's数目之间的关系.     

基于多雷达的临近空间目标检测前跟踪算法

针对临近空间目标的低可探测性和多雷达采样周期与测量精度不一的问题,提出一种基于概率网格和多维Hough变换的多雷达检测前跟踪（ TDB）算法。利用概率网格将雷达测量数据概率化,通过多维Hough变换在多维空间建立初步候选航迹,利用基于不敏变换的空间融合方法得到目标数目及轨迹。仿真实验表明：该算法能够在密集杂波下实现弱小目标的有效检测。     

Code reordering using local random extraction and insertion (LREI) operator for GPGPU-based track-before-detect systems

Track-before-detect (TBD) algorithms are used for tracking systems, where the object’s signal is below the noise floor (low-SNR objects). A lot of computations and memory transfers for real-time signal processing are necessary. GPGPU in parallel processing devices for TBD algorithms is well suited. Finding optimal or suboptimal code, due to lack of documentation for low-level programming of GPGPUs is not possible. High-level code optimization is necessary and the evolutionary approach, based on the single parent and single child is considered, that is local search approach. Brute force search technique is not feasible, because there are N! code variants, where N is the number of motion vectors components. The proposed evolutionary operator—LREI (local random extraction and insertion) allows source code reordering for the reduction of computation time due to better organization of memory transfer and the texture cache content. The starting point, based on the sorting and the minimal execution time metric is proposed. The unbiased random and biased sorting techniques are compared using experimental approach. Tests shows significant improvements of the computation speed, about 8 % over the conventional code for CUDA code. The time period of optimization for the sample code is about 1 h (1,000 iterations) for the considered recursive spatio-temporal TBD algorithm.     

基于人工蜂群与模糊C均值的自适应小波变换的噪声图像分割

针对传统模糊C均值（FCM）聚类算法在处理噪声图像时易受到噪声影响的问题,提出了基于FCM的小波域特征增强的噪声图像分割方法。首先,将噪声图像进行二维小波分解;其次,对近似系数进行边缘增强,同时利用人工蜂群（ABC）优化算法对细节系数进行阈值处理,并将处理后的系数进行小波重构;最后,对重构后的图片使用FCM算法来进行图像分割。选取5幅典型的灰度图像,分别添加高斯噪声和椒盐噪声,使用多种方法进行分割,以分割后图像的峰值信噪比（PSNR）和误分率（ME）作为性能指标,实验结果表明,所提方法分割后的图片相较于传统FCM聚类算法分割方法和粒子群优化（PSO）分割方法分割后的图片在PSNR上最多分别有281%和54%的提升,在ME上最多分别有55%和41%的降低。可见所提出的分割方法较好地保留了图像边缘纹理信息,其抗噪性能与分割性能得到了提升。     

低剂量CT图像的自适应广义总变分降噪算法

针对低剂量计算机断层扫描(CT)重建图像时出现明显条形伪影的现象,提出一种自适应广义总变分(ATGV)降噪算法。该算法考虑了传统广义总变分(TGV)算法在降噪时模糊图像边缘信息的缺点,把可以有效区分图像平滑区和细节区的直觉模糊熵应用到传统TGV中,对图像的不同区域进行不同强度的去噪,从而达到保护图像细节的效果。该算法首先采用滤波反投影(FBP)算法得到低剂量CT重建图像;然后利用基于直觉模糊熵的边缘指示函数对传统TGV模型进行改进;最后用改进后的模型对重建图像进行降噪处理。采用Shepp-Logan模型和数字胸腔模型(thorax phantom)仿真低剂量CT重建图像来验证算法的有效性。实验结果表明,所提算法的归一化均方距离(NMSD)和归一化平均绝对距离(NAAD)均比总变分(TV)降噪算法和广义总变分(TGV)降噪算法小,且可分别获得26.90 dB和44.58 dB的峰值信噪比(PSNR)。该算法在去除条形伪影的同时可以较好地保持图像的边缘和细节信息。