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专利号: 2020105470969
申请人: 桂林理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电子电路
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于UKF和PF混合滤波的目标跟踪算法,其特征在于,具体计算步骤如下:设定目标运动的状态方程和目标的观测方程为xk=Fxk‑1+ωk‑1

zk=h(xk)+vk

式中, 代表k时刻的目标状态变量;x′k、y′k表示k时刻目标在X方向、Y方向的位置; 表示k时刻目标在X方向、Y方向的速度, 表示k时刻目标在X方向、Y方向的加速度,T是采样时间;F代表状态转移矩阵;xk‑1表示k‑1时刻目标的状态变量;ωk‑1表示k‑1时刻系统的过程噪声,其是均值0,方差分别为Qk‑1的高斯白噪声;zk为k时刻的目标观测量;vk是k时刻均值为0,方差为Rk的过程观测噪声序列;对xk的滤波估计值来自于所有1~k时刻的目标观测量 h()表示线性或非线性的观测模型函数;

1.1:应用PF算法,根据已知的先验分布p(x0)采样得到N个粒子

1.2:根据目标运动的状态方程得先验密度 选用先验密度作为重要性密度函数,即 对该函数采样得到粒子 其中, 表示在k‑1时刻第i个粒子的状态变量; 表示在k时刻第i个粒子的状态变量;

1.3:根据目标的观测方程得 进一步计算权值 并进行权值归一化 表示在k时刻第i个粒子的权值; 表示在k时刻第i个粒子归一化后的权值;

1.4:当有效粒子个数估计值 时,Nth为阙值,进行重采样,生成新的粒子并重新赋予权值

1.5:进而可以得到k时刻应用PF算法得到的目标状态变量估计值

1.6:进一步应用UKF算法进行混合滤波消除奇异值影响;根据k‑1时刻的 利用

0 1 2n

Sigma采样点的选取规则获得2n+1个sigma点 和对应权值w ,w ,…,w ,并根据 接着计算sigma点集的一步预测 其中,n代表随机变量xk的状态的维数;

1.7:计算目标的状态变量的预测均值 及协方差矩阵Pk|k‑1;

式中, 和 为Sigma采样点的权重系数,下标m表示均值,下标c表示协方差;Qk‑1为过程噪声方差;

1.8:根据计算所得目标的状态变量的预测均值 和协方差矩阵Pk|k‑1,再次使用UT变

0 1 2n

换,产生新的sigma点 和对应权值w ,w ,…,w ;

1.9:根据目标的观测方程进行sigma点非线性变换,根据式计算观测量预测采样点 并根据式 计算系统观测量的预测均值

1.10:根据式 计算新息协方差矩阵

Pzz,k|k‑1、根据式 计算状态与观测间的互协方差矩阵Pxz,k|k‑1,并根据式 计算滤波增益矩阵Kk;

1.11:最后进行状态更新;根据式 计算k时刻后验状态估计均值 根据式 计算协方差矩阵Pk;

1.12:循环步骤1.2至步骤1.11,继续进行k+1时刻的混合滤波计算。

2.根据权利要求1所述的目标跟踪算法,其特征在于:所述F的取值如下:

3.根据权利要求1所述的目标跟踪算法,其特征在于:设观测站的位置为[x0,y0],采用的传感器为距离传感器,则

4.根据权利要求1‑3任一所述的目标跟踪算法的多观测站适应度加权目标跟踪算法,其特征在于:采用a个观测站进行目标跟踪,利用不同观测站在时间、空间及功能上的互补,通过融合这些观测站的观测信息,提高目标跟踪的精度,a为正整数,所述算法包括以下步骤:步骤1:各观测站采集观测信息,利用UKF和PF混合滤波算法进行各观测站的目标状态估计,并分别记为步骤2:根据上述求出的混合滤波算法的目标观测量的预测均值 计算当前k时刻第i个观测站的适应度函数 上式中:exp表示以e为底的指数函(i)

数, 表示k时刻各观测站的实际目标观测量, 表示各观测站的观测预测均值,R 表示各观测站的观测噪声方差;

步骤3:根据 计算k时刻各观测站进行融合时所占的权重步骤4:根据 对k时刻各观测站生成的目标状态变量估计值进行加权融合,获取相应的目标状态变量融合估计值 的值;

步骤5:置k=k+1,循环进行步骤1到步骤4,进行下一时刻跟踪计算。