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专利号: 2024117871588
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向机会阵雷达的似然改进SVGD交互多模型机动目标跟踪方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,对机动目标跟踪问题进行建模,构建运动模型集;

步骤2,进行输入状态交互:计算各运动模型的混合概率,得到初始混合估计,生成初始混合粒子;

步骤3,判断机会阵雷达的工作模式,进行粒子状态的预测与更新;

步骤4,进行模型概率更新与状态估计融合;

步骤1包括:目标运动的状态方程建模为:

Xk=FXk‑1+Buk‑1+wk‑1,

其中,Xk和Xk‑1分别为k时刻的目标状态向量和k‑1时刻的目标状态向量;F为状态转移矩阵;B为控制矩阵;uk‑1为k‑1时刻的系统控制量矩阵;wk‑1为k‑1时刻的系统过程噪声;

设定目标在运动过程中无额外输入量,得到:Xk=FXk‑1+wk‑1;

目标运动的观测方程建模为:

zk=HXk+vk,

其中,zk为k时刻的观测向量;H为状态观测矩阵;vk为k时刻的系统观测噪声;

步骤2包括:混合概率的表达式为:

其中, 为混合概率;πij表示机动目标模型集中第i个运动模型转移至第j个运动模型的转移概率; 表示在第k‑1轮滤波中,第i个运动模型的更新概率;cj为归一化常数,步骤2中,所述初始混合估计包含混合状态估计与对应的误差协方差矩阵,混合状态估计的表达式为:其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的混合状态估计; 表示在第k‑1轮滤波中,第i个运动模型中得到的目标状态估计;

误差协方差矩阵的表达式为:

其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的混合状态估计对应的误差协方差矩阵; 表示在第k‑1轮滤波中,第i个运动模型的目标状态估计对应的误差协方差矩阵;

采样得到的N个初始混合粒子表示为

步骤3包括:

步骤3‑1,在各运动模型内部,用状态转移方程对初始混合粒子进行预测,得到粒子的预测状态:在第j个运动模型中,第n个粒子的预测状态表达式为:其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型下的第n个粒子的预测状态;Fj表示第j个运动模型对应的状态转移矩阵; 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型下的第n个初始混合粒子的粒子状态; 表示系统过程噪声;

步骤3‑2,根据机会阵雷达的工作状态决定后续算法的执行:如果此时机会阵雷达处于被动模式,则基于当前的预测粒子和模型概率进行状态融合,并跳转至步骤2;如果此时机会阵雷达处于主动模式,则用获取的观测值计算每个预测粒子的似然度,并进一步计算模型似然度;

在第j个运动模型中,第n个预测粒子的粒子似然度 表达式为:其中,zk表示第k轮滤波中的系统观测值;d为观测向量的维度; 表示在第k轮滤波中,第n个预测粒子的新息; 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的新息协方差;det(·)表示行列式的计算;exp是自然指数函数;T表示矩阵转置;

对模型似然度进行修改:

其中 为第j个运动模型的模型似然度;

步骤3‑3,用模型似然度优化SVGD算法的学习率,并在各运动模型中用SVGD更新各粒子的状态:在第j个运动模型中,基于似然度改进的SVGD学习率表达式为:其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的SVGD学习率;εini表示全局学习率;

表示归一化模型似然度; 为衰减因子,其中,λ为衰减系数, 表示首轮滤波时各模型似然度之和, 表示第k‑k0至第k轮滤波中,各运动模型似然度之和的最大值;

最终得到的自适应优化方法为:用模型总和似然度进行全局学习率的调整,得到整体学习率,随着迭代次数的增加,整体学习率逐渐下降;在每一次迭代内部,基于归一化的模型似然度对整体学习率进行调整,得到各个运动模型的SVGD学习率;

步骤3还包括:在第j个运动模型中,对第n个预测粒子用SVGD更新粒子状态:其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型下的第n个粒子的更新状态; 为粒子更新的移动方向,表达式为:其中,N为粒子数,k(·,·)为RBF核函数;p(·)表示目标分布; 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型下的第m个粒子的预测状态; 表示在函数logp(·)中,求解在 处关于 各分量的梯度; 表示在函数k(·,x)中,求解在 处关于 各分量的梯度。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤4包括:步骤4‑1,根据模型概率转移矩阵和当前的模型概率,计算各运动模型的预测概率,并用模型似然度对预测的模型概率进行归一化处理,实现模型概率的更新;

模型预测概率的计算公式为:

其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的预测概率;

模型概率更新的表达式为:

其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的更新概率; 为模型预测概率;c为归一化常数,

步骤4‑2,计算各运动模型中的目标状态估计和误差协方差矩阵,用更新后的模型概率进行加权融合,得到最终的滤波输出结果;

第j个运动模型的目标状态估计表达式为:

其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型得到的目标状态估计; 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型下的第n个粒子的更新状态;

误差协方差矩阵的表达式为:

其中, 表示在第k轮滤波中,第j个运动模型的目标状态估计对应的误差协方差矩阵;

在第k轮滤波中,基于似然改进SVGD交互多模型机动目标跟踪算法的输出结果为:其中,Xk表示第k轮滤波得到的目标状态估计。

3.一种电子设备,其特征在于,包括处理器和存储器,所述存储器存储有程序代码,当所述程序代码被所述处理器执行时,使得所述处理器执行如权利要求1至2中任一项所述的方法的步骤。

4.一种存储介质,其特征在于,存储有计算机程序或指令,当所述计算机程序或指令在计算机上运行时,执行如权利要求1至2中任一项所述的方法的步骤。