運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中的狀態(tài)估計(jì)方法研究.pdf

1、目標(biāo)跟蹤問(wèn)題是自然界中的一個(gè)基本問(wèn)題，可靠而精確地跟蹤目標(biāo)始終是目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器制造技術(shù)以及信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，使得目標(biāo)跟蹤問(wèn)題發(fā)生著前所未有的深刻變化，被估計(jì)系統(tǒng)進(jìn)一步顯現(xiàn)出系統(tǒng)建模的非線性、非高斯，傳感器量測(cè)的多平臺(tái)、分布式和不確定，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的多模式等特征。一方面感知環(huán)境和感知對(duì)象日趨復(fù)雜多變，感知手段日趨豐富，感知能力日益增強(qiáng)；另一方面感知任務(wù)和需求對(duì)目標(biāo)的跟蹤提出了實(shí)時(shí)、可靠、魯棒和精確等多

2、項(xiàng)要求。系統(tǒng)估計(jì)中這些新特點(diǎn)的出現(xiàn)，都進(jìn)一步對(duì)估計(jì)理論發(fā)展、完善及應(yīng)用提出了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)的基本工具——濾波器為突破口，針對(duì)現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中狀態(tài)估計(jì)的三類關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開相關(guān)研究工作，以期進(jìn)一步發(fā)展和完善運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤理論。主要貢獻(xiàn)如下：
　　針對(duì)單傳感器條件下量測(cè)噪聲隨機(jī)性對(duì)濾波器狀態(tài)估計(jì)精度造成的不利影響，借鑒多傳感器融合思想，結(jié)合當(dāng)前時(shí)刻量測(cè)和量測(cè)噪聲先驗(yàn)統(tǒng)計(jì)信息構(gòu)建量測(cè)采樣集合，提出了線性量測(cè)采

3、樣提升策略，并將其應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)卡爾曼濾波器。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了量測(cè)采樣分布式加權(quán)融合和量測(cè)采樣集中式一致性融合兩種實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)?？紤]到目標(biāo)狀態(tài)演化建模和量測(cè)建模坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換時(shí)造成的系統(tǒng)非線性問(wèn)題，結(jié)合非線性量測(cè)特點(diǎn)，進(jìn)一步構(gòu)建了非線性量測(cè)采樣提升策略，并將其動(dòng)態(tài)應(yīng)用于處理非線性估計(jì)問(wèn)題的容積卡爾曼濾波器中，結(jié)合加權(quán)融合思想，提出了基于分布式加權(quán)融合的量測(cè)采樣提升容積卡爾曼濾波器。
　　針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中系統(tǒng)誤差對(duì)狀態(tài)估計(jì)精度造成不利影

4、響的問(wèn)題，結(jié)合卡爾曼濾波器中狀態(tài)預(yù)測(cè)和量測(cè)更新的實(shí)現(xiàn)機(jī)理，首先定量分析了系統(tǒng)誤差對(duì)目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)及其誤差協(xié)方差引起的影響，進(jìn)而利用狀態(tài)擴(kuò)維技術(shù)將系統(tǒng)誤差建模為系統(tǒng)待估計(jì)狀態(tài)量，構(gòu)建了面向線性系統(tǒng)的基于卡爾曼濾波的系統(tǒng)誤差和狀態(tài)聯(lián)合估計(jì)算法。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)存在量測(cè)系統(tǒng)誤差的非線性系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)非線性系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)進(jìn)行建模，以及對(duì)容積卡爾曼濾波實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，提出了面向非線性系統(tǒng)估計(jì)的基于容積卡爾曼濾波的系統(tǒng)誤差和狀態(tài)聯(lián)合估計(jì)算

5、法。
　　針對(duì)非線性高斯場(chǎng)景下目標(biāo)數(shù)目未知或隨時(shí)間變化的多目標(biāo)跟蹤問(wèn)題，通過(guò)容積卡爾曼濾波和高斯混合概率假設(shè)密度濾波的動(dòng)態(tài)結(jié)合，在單傳感器量測(cè)條件下設(shè)計(jì)了一種面向非線性動(dòng)態(tài)模型估計(jì)的容積卡爾曼概率假設(shè)密度濾波算法的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，借鑒模糊集理論中隸屬度函數(shù)設(shè)計(jì)的思想，利用數(shù)據(jù)間的相互支持度評(píng)估量測(cè)數(shù)據(jù)的可信度，通過(guò)構(gòu)建和求解表示傳感器量測(cè)間支持程度的置信距離和一致性矩陣的，提出一種基于多傳感器一致性融合的容積卡爾曼概率假設(shè)密