一类新型的机动目标跟踪算法

针对机动目标跟踪,提出了基于截断正态概率模型的改进自适应目标跟踪算法,该算法具有结构和计算简单,鲁棒性好的特点,通过仿真结果对比,充分说明了文中所提出的跟踪算法能够较好地弥补传统的Kalman滤波方法在跟踪机动目标时的不足。     

一类新型机动目标跟踪算法

阐述了当跟踪非机动目标时,传统的Kalman滤波可以得到很好的跟踪精度。但是当日标机动时,传统的Kalman滤波不能对目标的突然变化做出及时的改正和预测,因此跟踪精度很差,甚至出现丢失目标的情况。文中采用的基于截断正态概率模型的改进自适应目标跟踪算法, 其结构和计算简单,鲁棒性好,较好地解决了使用Kalman滤波带来的不足。     

基于STF的Jerk模型自适应机动目标跟踪算法

在Jerk模型的基础上,提出了一种新的机动目标自适应跟踪算法STF-Jerk。该算法通过引入强跟踪滤波器(STF)的渐消因子,实时调节滤波器增益,增强了系统对突发机动的自适应跟踪能力,从而很好地改善了Jerk模型在跟踪机动目标时的跟踪精度。仿真结果表明,提出的STF-Jerk自适应跟踪算法显著提高了Jerk模型自适应算法的机动目标跟踪性能。     

在线学习的循环自适应机动目标跟踪算法

针对机动目标难以精确跟踪的问题,提出了一种可在线学习的循环Kalman神经网络跟踪算法。考虑到状态转移矩阵、量测噪声和过程噪声矩阵在机动目标跟踪中难以实时、离线估计,且在实际应用中对应数据集获取成本高,因此使用在线学习的神经网络对其进行实时估计。由于Kalman滤波算法本身是一种循环结构,将简单的全连接层网络与其嵌合,全连接层网络实时输出状态转移矩阵、量测和过程噪声矩阵估计,构成一种广义的循环Kalman神经网络,根据网络最终输出的位置估计进行端到端的在线学习,并且通过理论推导证明了其在线学习的可行性。将提出的循环Kalman神经网络同3种经典机动目标算法进行了仿真对比,结果表明：循环Kalman神经网络跟踪需要很少的先验信息,在最优区域内较之其他3种算法具有最高的跟踪精度和鲁棒性,并且具有效率高、训练成本低以及可扩展性强的特点。     

一种基于背景自适应的运动目标检测与跟踪算法

背景图像差分法是运动目标实时检测中常用的方法,但缺乏背景图像随监视场景光照变化而及时更新的合理方法,限制了该方法的适应性。对此,文章首先提出了一种自适应背景更新方法;然后利用最大类间方差法实现运动目标的自适应阈值分割,并利用基于形态学方法的连通区检测算法检测运动目标;最后以Kalman滤波为运动模型实现对运动目标的连续跟踪。实验结果表明:所提方法可随着光照条件的变化,实时、准确地检测出运动目标并实现稳定跟踪。     

机动目标的多项式预测模型及其跟踪算法

根据匀变速运动的多项式描述形式,利用多项式预测滤波器对目标状态建模,提出了一种全新机动目标运动的动态模型——多项式预测模型,并针对这个全新的模型给出了相应的最优滤波算法。分析表明：该模型可以精确描述任意可以由多项式描述的目标运动,而不需要已知运动的具体参数,因此相应的最优滤波算法适用于任何可以用多项式描述的机动目标状态估计问题。一个机动目标跟踪问题的计算机仿真证明了本文方法的有效性和实用性。     

跟踪飞机机动的自适应滤波方法

本文研究了对目标机动的最优检测问题,针对飞机主要有三种飞行状态:匀速直线运动、加速直线运动与圆运动这一特点,提出了既探测飞机机动又同时判断飞机作何种形式的机动的方法;并建议对飞机的不同飞行状态,采用相应的动态模型。在此基础上,给出了自适应滤波方法。最后给出的仿真计算果表明,自适应滤波方法有较高的跟踪精度。     

基于预警卫星系统的临近空间飞行器跟踪

系统地研究了如何对临近空间飞行器进行有效实时跟踪的问题,并提出了一种基于约束总体最小二乘与自适应交互式多模型（CTLS-AIMM）滤波相结合的实时跟踪滤波算法。首先考虑到临近空间飞行器的特点,选择使用红外预警卫星系统探测目标飞行器,并使用约束总体最小二乘算法（CTLS）对目标进行粗定位;然后在粗定位信息基础上,使用自适应交互式多模型滤波算法（AIMM）对目标飞行器进行实时跟踪。在AIMM中,根据临近空间飞行器机动特性,合理选择目标模型集,并使用迭代最小二乘算法对模型参数进行自适应调整。通过仿真,验证了该跟踪滤波算法的可行性。     

基于预警卫星系统的临近空间飞行器跟踪简

 系统地研究了如何对临近空间飞行器进行有效实时跟踪的问题,并提出了一种基于约束总体最小二乘与自适应交互式多模型（CTLS-AIMM）滤波相结合的实时跟踪滤波算法。首先考虑到临近空间飞行器的特点,选择使用红外预警卫星系统探测目标飞行器,并使用约束总体最小二乘算法（CTLS）对目标进行粗定位;然后在粗定位信息基础上,使用自适应交互式多模型滤波算法（AIMM）对目标飞行器进行实时跟踪。在AIMM中,根据临近空间飞行器机动特性,合理选择目标模型集,并使用迭代最小二乘算法对模型参数进行自适应调整。通过仿真,验证了该跟踪滤波算法的可行性。     

机动多目标跟踪问题中关联区域的研究

 本文研究了跟踪多个机动目标时,由滤波算法所获得的新息向量范数的统计性质,关联区域的大小以及接收正确回波的概率。借助拉蒙特卡洛方法,考察了不同的目标状态模型、目标机动加速度及状态噪声方差等因素对所研究的问题的影响。研究表明,文献[1]所提出的机动目标状态模型及相应的自适应算法具有较好的适应目标机动的能力,关联区域的大小及接收正确回波的概率均较为稳定。     

一种基于三维到达角的无偏伪线性卡尔曼滤波

为了解决大场景下基于三维到达角的目标跟踪问题，提出了一种具有无偏性的伪线性卡尔曼滤波。首先，基于三维到达角信息对目标运动模型与量测模型进行建模；之后，对量测模型进行了伪线性化处理，得到了线性形式的目标量测模型。为了解决伪线性卡尔曼滤波存在的有偏性问题，提出了一种结合EKF（extend Kalman filter）的三维伪线性无偏卡尔曼滤波。仿真实验表明，该模型能够对非机动目标与机动目标有效跟踪，对于百公里级别的目标，当角测量误差从0.1°变化到0.5°，算法在仿真时间结束时均能将绝对位置误差降低至10 km以内，且算法的运行速度与EKF为同一个量级，同时兼顾了抗干扰能力、定位跟踪精度、运行效率的要求，能够为大场景下的目标跟踪提供有效方法。     

多坐标系下目标跟踪的联合滤波

针对雷达目标观测和处理在不同的坐标系下完成，本文提出了联合滤波算法来跟踪机动目标。该算法以卡尔曼滤波器为基础，直角坐标系下和极坐标系下的算法相联合，不仅克服了两种坐标系下滤波算法的不足，而且对机动目标有很好的跟踪效果。仿真实验结果表明了该算法的有效性。     

Extended solution to multiple maneuvering target tracking

An improved algorithm for tracking multiple maneuvering targets is presented. This approach is implemented with an approximate adaptive filter consisting of the one-step conditional maximum-likelihood technique together with the extended Kalman filter and an adaptive maneuvering compensator. In order to avoid the extra computational burden of considering events with negligible probability, a validation matrix is defined in the tracking structure. With this approach, data-association and target maneuvering problems can be solved simultaneously. Detailed Monte Carlo simulations of the algorithm for many tracking situations are described. Computer simulation results indicate that this approach successfully tracks multiple maneuvering targets over a wide range of conditions     

基于IMMKF算法的ADS-B监视应用目标跟踪

目标跟踪是机载广播式自动相关监视（ADS-B）应用的基础功能,对提升航空器周边的弱机动民航飞机目标跟踪性能具有重要意义。提出一种基于交互式多模型卡尔曼滤波（IMMKF）算法的ADS-B 监视应用目标跟踪方法。首先,针对弱机动背景下的民航飞机的飞行特点,建立包含匀速模型和标准协同转弯模型的运动模型集,并对模型进行线性化近似;然后,将模型预测和ADS-B 状态矢量量测数据作为IMMKF 算法中多个并行卡尔曼滤波器的输入,进行并行滤波;最后,计算得到目标状态矢量的估计和模型近似概率,并作为下一次迭代的输入。结果表明：相比于基于匀速模型的卡尔曼滤波目标跟踪方法,IMMKF 方法的位置跟踪误差降低了59%,速度跟踪误差降低了77%,显著提升了状态估计性能,具备较高的跟踪精度、稳健性与计算效率,在ADS-B 监视应用中具有实际应用价值与借鉴意义。     

平台摇摆对卡尔曼滤波跟踪精度的影响

通过建立目标相对运动坐标系和目标相对运动观测模型,研究了在平台摇摆影响下,跟踪系统观测到的目标运动状态的变化。在分析捷联垂直基准补偿原理的基础上建立了捷联垂直基准平台摇摆角补偿模型,建立的模型结合捷联垂直基准系统的测量能力对其补偿算法进行了理论推导,使模型适用于实际捷联垂直基准系统。通过建立模型以及仿真研究了平台摇摆作用下卡尔曼滤波跟踪精度的变化,指出了摆造成卡尔曼滤波跟踪精度降低甚至离散的主要原因在于模型误差增大。设计仿真实验验证了结论的正确性,为进一步改进跟踪手段提供了理论参考。     

A tracking algorithm for maneuvering targets

A methodology for the tracking of maneuvering targets is presented. A quickest-detection scheme based on the innovation sequence is developed for a prompt detection of target maneuvers. The optimal length of a sliding window that minimizes the maneuver detection delay for a given false-alarm rate is determined. After maneuver detection, the system model is modified by adding a maneuver term. A recursive algorithm is proposed to estimate the maneuver magnitude. With this estimate, a modified Kalman filter is used for tracking. Simulation results demonstrate the superior performance of the algorithm, especially during target maneuvers     

Efficient Approximation of Kalman Filter for Target Tracking

A Kalman filter in the Cartesian coordinates is described for a maneuvering target when the radar sensor measures range, bearing, and elevation angles in the polar coordinates at high data rates. An approximate gain computation algorithm is developed to determine the filter gains for on-line microprocessor implementation. In this approach, gains are computed for three uncoupled filters and multiplied by a Jacobian transformation determined from the measured target position and orientation. The algorithm is compared with the extended Kalman filter for a typical target trajectory in a naval gun fire control system. The filter gains and the tracking errors for the proposed algorithm are nearly identical to the extended Kalman filter, while the computation requirements are reduced by a factor of four.     

增广误差模型算法在目标跟踪中的应用

针对目标机动运行过程中,滤波模型与机动状态模型失配的问题,提出了一种新的增广状态误差滤波模型。不同于现有增广方案,该模型从模型失配所致状态滤波误差的角度出发,将状态估计误差增广为一状态量,通过滤波估计后用其校正原状态量。算法分析表明,该增广滤波模型具有自适应调节多重渐消因子的等效特性,增强了对目标的跟踪能力。基于该增广状态误差滤波模型,给出了滤波算法设计并进行了仿真实验。实验结果表明,基于该模型的滤波算法在对机动目标进行跟踪时具有更强的鲁棒性。     

Estimating Optimal Tracking Filter Performance for Manned Maneuvering Targets

The majority of tactical weapons systems require that manned maneuverable vehicles, such as aircraft, ships, and submarines, be tracked accurately. An optimal Kalman filter has been derived for this purpose using a target model that is simple to implement and that represents closely the motions of maneuvering targets. Using this filter, parametric tracking accuracy data have been generated as a function of target maneuver characteristics, sensor observation noise, and data rate and that permits rapid a priori estimates of tracking performance to be made when maneuvering targets are to be tracked by sensors providing any combination of range, bearing, and elevation measurements.