一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法与流程
本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法。
背景技术：
群目标跟踪首先要进行分群检测和群航迹起始。分群检测后，分别计算各个子群的等效量测，利用连续多帧数据的等效量测判断出航迹是否为真。现有群目标航迹起始技术通常根据当前帧的等效量测数据进行外推，利用下一帧等效量测数据和外推值之间的关系判断是否关联成功；一旦关联成功，判断航迹起始的常用准则有贝叶斯准则、m/n准则、修正逻辑法等典型单目标航迹起始方法。例如以外推作为中心，根据航迹外推误差协方差规定相关波门大小，将落入波门内的新等效量测点与外推点进行关联，并利用修正逻辑法判断航迹起始。然而现有技术仅适合目标分布较稀疏、雷达分辨率足够高的群目标跟踪场景，当群内目标密集分布，雷达因分辨率受限、目标间视线遮挡、多径效应等原因导致回波起伏不定，等效量测在一定范围内出现跳跃现象，导致外推值与实际量测值之间的残差过大，降低了关联概率，导致航迹起始效率下降，甚至出现航迹误丢弃的情况。另一方面，现有群目标航迹起始技术仅使用等效量测的状态信息进行计算，与传统单目标航迹起始并无实质区别，对群目标特性信息(如子群内点迹数量)利用尚不够充分，制约了性能的进一步提升。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法，充分利用群目标信息，引入泊松分布构建似然比表达式，描述航迹为真条件下的群内目标分布条件概率密度，提升了针对群目标的航迹起始效率，解决了因非理想量测导致残差过大的问题。
一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法，包括以下步骤：
对雷达回波进行脉冲压缩、恒虚警检测以及分群处理后，得到第t个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合，然后分别将各子群作为当前子群z0执行航迹起始判断操作，所述航迹起始判断操作为：
s1：根据当前子群z0的目标量测集合获取当前子群z0的等效量测值m0与预测关联门，其中，预测关联门为当前子群z0在下一时刻可能出现位置的范围；
s2：重新接收雷达回波，然后根据重新接收的雷达回波得到第t+1个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合z1以及各子群的等效量测m1；
s3：判断第t+1个时刻中是否存在落入当前子群z0的预测关联门的等效量测m1，若存在，则落入当前子群z0的预测关联门的各等效量测m1进入步骤s4；若不存在，则进入步骤s5；
s4：分别将落入当前子群z0的预测关联门的各等效量测m1对应的子群作为备选子群执行以下步骤：
s41：获取备选子群相对于当前子群z0的似然比l1(d1)：
其中，μ为与备选子群内目标密度有关的设定系数，v1为备选子群的体积，βf为设定的虚警概率密度，n1为备选子群包含的目标个数，！为阶乘；
s42：基于贝叶斯原理，根据似然比l1(d1)计算当前子群属于真实航迹的后验概率p(t|d1)；
s43：判断后验概率p(t|d1)是否大于设定的航迹起始门限γt或小于设定的航迹丢弃门限γf，其中，若大于航迹起始门限γt，则当前子群为航迹的起始点，并结束群目标跟踪的航迹起始；若小于航迹丢弃门限γf，则当前子群不为航迹的起始点，并结束目标跟踪的航迹起始；若后验概率p(t|d1)介于航迹起始门限γt与航迹丢弃门限γf之间，则进入步骤s44；
s44：根据备选子群的等效量测m1计算第t+2个时刻的等效量测预测值m′2：
m′2＝m1+δ1×δt
其中，δ1为第t+1个时刻的备选子群与第t个时刻的当前子群之间的等效量测差分，δt为采样时间间隔；
s45：以等效量测预测值m′2为中心，等效量测预测值m′2与其对应的真实值之间可能的偏差范围为半径，得到备选子群在第t+2个时刻的预测关联门，然后进入步骤s46；
s46：重新接收雷达回波，然后根据重新接收的雷达回波得到第t+2个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合z2以及各子群的等效量测m2；
s47：判断第t+2个时刻中是否存在落入步骤s45中得到的备选子群的预测关联门的等效量测m2，若存在，则分别将落入步骤s45中得到的备选子群的预测关联门的等效量测m2作为新的备选子群并重复步骤s41～s43，以此判断当前子群是否为航迹的起始点，其中，若已判断出当前子群是否为航迹的起始点，则结束群目标跟踪的航迹起始，若无法判断出当前子群是否为航迹的起始点，则继续重复步骤s44～s47，根据第t+3个时刻各子群的等效量测m3判断当前子群是否为航迹的起始点；以此类推，直到判断出当前子群是否为航迹的起始点，结束目标跟踪的航迹起始；若不存在，则进入步骤s5；
s5：分别将进入该步骤的等效量测对应的子群作为候补子群执行以下步骤：
s51：计算候补子群的相对于当前子群z0的似然比j1(d1)：
其中，pd为雷达传感器的先验检测概率，pf为出现虚警/杂波的概率；
s52：基于贝叶斯原理，根据似然比j1(d1)计算当前子群z0属于真实航迹的后验概率p1(t|d1)；
s53：采用步骤s52得到的后验概率p(t|d1)代替步骤s42得到的后验概率p(t|d1)，候补子群代替备选子群，然后重复步骤s43～s45，得到根据候补子群对应的在下一时刻的预测关联门；
s54：重新接收雷达回波，然后根据重新接收的雷达回波得到下一时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合以及各子群的等效量测；
s6：将步骤s53得到的预测关联门、步骤s54得到的等效量测以及候选子群分别代替步骤s47中预测关联门、等效量测以及备选子群，然后重复步骤s47，以此判断当前子群是否为航迹的起始点；以此类推，直到判断出当前子群是否为航迹的起始点，结束目标跟踪的航迹起始。
进一步地，所述当前子群z0的等效量测值m0与预测关联门的获取方法为：
s11：计算当前子群的等效量测值m0：
其中，当前子群的目标量测集合记为
s12：根据当前子群中各目标的速度上限值、加速度上限值、平均位置以及采样时刻间隔，预测当前子群在下一时刻可能出现的位置，得到预测关联门。
进一步地，步骤s42所述的后验概率p(t|d1)的计算方法为：
其中，p(t|d1)为设定的当前子群属于真实航迹的先验概率。
进一步地，步骤s52所述的后验概率p1(t|d1)的计算方法为：
其中，p(t|d0)为设定的当前子群属于真实航迹的先验概率。
有益效果：
一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法，通过引入子群内部目标个数信息描述似然比表达式，增加了对群目标特征信息的利用，提升了针对密集群目标，尤其是密集分布情况下的航迹起始效率；同时，本发明的似然比表达式采用泊松分布描述航迹为真条件下的群内目标分布条件概率密度，避免了传统航迹起始方法因等效量测的跳跃现象导致外推值与实际量测值之间残差过大的问题，提升了算法的鲁棒性。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法的流程图；
图2为本发明提供的群目标体积与雷达波束体积的示意图；
图3为本发明提供的群目标跟踪航迹起始结果示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
一种基于贝叶斯原理的群目标跟踪航迹起始方法，包括以下步骤：
如图1所示，对雷达回波进行脉冲压缩、恒虚警检测以及分群处理后，得到第t个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合，然后分别将各子群作为当前子群执行航迹起始判断操作，所述航迹起始判断操作为：
s1：根据当前子群z0的目标量测集合获取当前子群z0的等效量测值m0与预测关联门，其中，预测关联门为当前子群z0在下一时刻可能出现位置的范围；
s11：计算当前子群的等效量测值m0：
其中，当前子群的目标量测集合记为
s12：根据当前子群中各目标的速度上限值、加速度上限值、平均位置以及采样时刻间隔，预测当前子群在下一时刻可能出现的位置，得到预测关联门；
s2：重新接收雷达回波，然后根据重新接收的雷达回波得到第t+1个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合z1以及各子群的等效量测m1；
也就是说，本步骤重新接收雷达回波并对雷达回波进行脉冲压缩、恒虚警检测以及分群处理后，得到第t+1个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合
s3：判断第t+1个时刻中是否存在落入当前子群z0的预测关联门的等效量测m1，若存在，则落入当前子群z0的预测关联门的各等效量测m1进入步骤s4；若不存在，则进入步骤s5；
s4：分别将落入当前子群z0的预测关联门的各等效量测m1对应的子群作为备选子群执行以下步骤：
s41：获取备选子群相对于当前子群z0的似然比l1(d1)：
其中，μ为与备选子群内目标密度有关的设定系数，v1为备选子群的体积，且备选子群的体积由处于最外围的目标所围成的区域确定，βf为设定的虚警概率密度，n1为备选子群包含的目标个数，！为阶乘；
s42：基于贝叶斯原理计算当前子群属于真实航迹的后验概率p(t|dl)：
其中，p(t|d0)为设定的当前子群属于真实航迹的先验概率；
s43：判断后验概率p(t|d1)是否大于设定的航迹起始门限γt或小于设定的航迹丢弃门限γf，其中，若大于航迹起始门限γt，则当前子群为航迹的起始点，并结束群目标跟踪的航迹起始；若小于航迹丢弃门限γf，则当前子群不为航迹的起始点，并结束目标跟踪的航迹起始；若后验概率p(t|d1)介于航迹起始门限γt与航迹丢弃门限γf之间，则进入步骤s44；
s44：根据备选子群的等效量测m1计算第t+2个时刻的等效量测预测值m′2：
m′2＝m1+δ1×δt(4)
其中，δ1为第t+1个时刻的备选子群与第t个时刻的当前子群之间的等效量测差分，δt为采样时间间隔；
s45：以等效量测预测值m′2为中心，等效量测预测值m′2与其对应的真实值之间可能的偏差范围为半径，得到备选子群在第t+2个时刻的预测关联门的范围，然后进入步骤s46；
s46：重新接收雷达回波，然后根据重新接收的雷达回波得到第t+2个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合z2以及各子群的等效量测m2；
也就是说，本步骤重新接收雷达回波并对雷达回波进行脉冲压缩、恒虚警检测以及分群处理后，得到第t+2个时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合
s47：判断第t+2个时刻中是否存在落入步骤s45中得到的备选子群的预测关联门的等效量测m2，若存在，则分别将落入步骤s45中得到的备选子群的预测关联门的等效量测m2作为新的备选子群并重复步骤s41～s43，以此判断当前子群是否为航迹的起始点，其中，若已判断出当前子群是否为航迹的起始点，则结束群目标跟踪的航迹起始，若无法判断出当前子群是否为航迹的起始点，则继续重复步骤s44～s47，根据第t+3个时刻各子群的等效量测m3判断当前子群是否为航迹的起始点；以此类推，直到判断出当前子群是否为航迹的起始点，结束目标跟踪的航迹起始；若不存在，则进入步骤s5；
s5：分别将进入该步骤的等效量测对应的子群作为候补子群执行以下步骤：
s51：计算候补子群的相对于当前子群z0的似然比j1(d1)：
其中，pd为雷达传感器的先验检测概率，pf为出现虚警/杂波的概率；
s52：根据似然比j1(d1)计算当前子群z0属于真实航迹的后验概率p1(t|d1)：
s53：采用步骤s52得到的后验概率p(t|d1)代替步骤s42得到的后验概率p(t|d1)，候补子群代替备选子群，然后重复步骤s43～s45，得到根据候补子群对应的在下一时刻的预测关联门；
s54：重新接收雷达回波，然后根据重新接收的雷达回波得到下一时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合以及各子群的等效量测；
也就是说，本步骤重新接收雷达回波并对雷达回波进行脉冲压缩、恒虚警检测以及分群处理后，得到下一时刻扫描空间内各子群的一组目标量测集合，然后计算该下一个时刻得到的各子群的等效量测；
s6：将步骤s53得到的预测关联门、步骤s54得到的等效量测以及候选子群分别代替步骤s47中预测关联门、等效量测以及备选子群，然后重复步骤s47，以此判断当前子群是否为航迹的起始点；以此类推，直到判断出当前子群是否为航迹的起始点，结束目标跟踪的航迹起始。
实施例二
基于以上实施例，本实施例以群目标为鸟群为例，对一种群目标航迹起始方法进行进一步说明，具体包括以下步骤：
步骤1.使用仅含距离信息的高分辨雷达观测鸟群目标；高分辨雷达带宽b＝785mhz，距离分辨力δr＝c/2b＝0.19m，其中c为光速；雷达波束宽度为1.5°，采样间隔为δt＝40ms；对某次扫描后的数据进行脉冲压缩、恒虚警检测后，在第157.8s(记为第1个采样时刻)获得两个等效量测，分别距离雷达250.1m、253.2m，分别记为
步骤2.第2个采样时刻雷达接收到3个量测点：
步骤3.根据当前时刻群内目标个数和群体积计算似然比表达式，βf＝5×10-5，μ＝5×10-4；由于该雷达仅有距离信息，本实施例使用当前时刻的群目标占据的波束体积作为当前时刻的群目标体积，如图2所示；计算似然比得l1(d1)＝5.7136；
步骤4.利用似然比计算结果l1(d1)，根据贝叶斯原理计算航迹为真的后验概率，求解得p(t|d1)＝0.7100；本实施例设定，当后验概率大于γt＝0.95时判定航迹为真，当后验概率小于γf＝0.05时判定航迹为假；现有p(t|d1)介于γt与γf之间，以当前等效量测点为中心外推下一时刻的等效量测状态：m′2＝251.5；
步骤5.第3个采样时刻雷达接收到3个量测点：
步骤6.第4个采样时刻雷达接收到3个量测点：
整个实施例流程如图3所示，其中实心圆点表示量测点迹，星型点表示计算得到的等效量测，等效量测上方的数字表示航迹为真的概率，虚线圈表示子群范围；由此可见，本实施例提出的航迹起始方法能够较快地起始真实航迹，可以满足实际应用中的需求。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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