《电子技术应用》
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一种时变交互多模型融合目标跟踪方法
2021年电子技术应用第9期
栾铸徵,俞成龙,顾 兵,赵先涛
中国船舶重工集团公司第723研究所,江苏 扬州225101
摘要: 针对交互多模型(IMM)目标跟踪理论采用不变的马尔可夫转移概率矩阵以及在模型概率更新中采用的是残差模型,缺乏实时适应性,提出了以多模型滤波结果为中心,以贝叶斯估计理论融合多模型跟踪结果来更新目标状态分布,并根据模型似然函数更新下一时刻模型概率,以当前滤波模型目标状态分布似然函数来更新模型间马尔可夫转移概率矩阵。采用蒙特卡罗仿真与常规IMM方法进行了对比,对强机动目标和扰动静态目标场景进行了仿真,结果表明该方法航迹误差精度优于常规IMM,可以有效地对机动目标跟踪。
中图分类号: TN958;O212.2
文献标识码: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.211555
中文引用格式: 栾铸徵,俞成龙,顾兵,等. 一种时变交互多模型融合目标跟踪方法[J].电子技术应用,2021,47(9):111-116.
英文引用格式: Luan Zhuzheng,Yu Chenglong,Gu Bing,et al. A time varying IMM fusion target tracking method[J]. Application of Electronic Technique,2021,47(9):111-116.
A time varying IMM fusion target tracking method
Luan Zhuzheng,Yu Chenglong,Gu Bing,Zhao Xiantao
The 723 Institute of CSIC,Yangzhou 225101,China
Abstract: For interacting multiple model(IMM) target tracking theory, the invariable Markov transition probability matrix is used, and the residual model is used in the model probability updating, which is lack of real-time adaptability. In this paper, we propose to update the target state distribution based on the multi model filtering results, Bayesian estimation theory and multi model tracking results, update the model probability at the next moment according to the model likelihood function, and update the Markov transition probability matrix between models with the current filtering model target state distribution likelihood function. The Monte Carlo simulation is compared with the conventional IMM method, and the strong maneuvering target and disturbed static target scenes are simulated. The results show that the track error accuracy of this method is better than that of the conventional IMM method, and it can effectively track the maneuvering target.
Key words : Markov transition probability matrix;interacting multiple model(IMM);likelihood function;Bayesian estimation

0 引言

    因为目标受航路、动力及环境等因素影响,目标总是在做机动运动,例如反舰导弹末端变轨,高空制导炸弹抛物线运动时受到空气阻力和重力的作用,旋翼无人机受人为控制飞飞停停等。这种机动性往往是不可预测的,使用单一固定的滤波模型很难准确跟踪机动目标状态,滤波器结果会发散,导致跟踪失败。因此由Blom和Bar-Shalom提出交互多模型(IMM)算法,采用基于位置、匀速、匀加速、Singer等多种滤波并存方式,目标状态估计是多个滤波器交互作用的结果,采用马尔可夫(Markov)链控制模型间的交互,把各个模型上一时刻的滤波值进行交互作用作为各模型的下一时刻的输入,然后分别进行滤波,得到的结果进行模型概率加权输出作为最终的结果,效果比单模型的好,从而IMM算法广泛应用到各个领域[1-4]。但在常规IMM中马尔可夫转移概率矩阵是固定值,并且模型概率是通过卡尔曼滤波(Kalman)更新过程中产生的残差来更新模型概率,模型概率更新及模型概率转移没有结合当前的目标状态分布。所以本文提出了以模型间似然函数(Likelihood Function)及多模型贝叶斯后验估计(Bayesian Estimation)融合思想,采用当前模型跟踪结果更新模型交互概率和以贝叶斯估计融合多模型输出作为目标状态更新值,与目标实际机动情况更加符合,本文对强机动目标和扰动静态目标进行了基于Kalman滤波器的时变IMM模型融合算法(TV-IMM)和常规IMM方法(C-IMM)仿真,结果表明时变IMM模型融合算法比常规IMM方法更有效。




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作者信息:

栾铸徵,俞成龙,顾  兵,赵先涛

(中国船舶重工集团公司第723研究所,江苏 扬州225101)




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