>[0059] 為隶示k时刻目标存在概率的估计结果，Pth为目标存在概率的检测门限，Sthl和 Sth2分别为检测到目标出现和消失的目标存在概率变化斜率门限，为了避免在目标持续未 出现和持续出现时的目标存在概率的波动带来的影响，Sthl和Sth2分别取大于零和小于零的 常数。
[0060] 如图1所示为信噪比为3dB情况下单次蒙特卡洛实验目标存在概率图。这次实验 的仿真场景为：红外传感器观测30s，第7s目标出现，持续做匀速直线运动到第22s，第23s 目标消失。利用现有的EPF-TBD算法依据目标存在概率门限判决检测，取Pth= 0. 5,则到 第12s才能检测到目标出现，第24s才能检测到目标消失。但是从图1中可以看出目标存 在概率自第9s起就开始出现持续的增大，而自第22s后就可以出现持续的减小。可见，相 比于目标存在概率门限检测，通过目标存在概率的变化，也可以检测目标的出现和消失。 [0061]因此，本发明除初始时刻之外的其它时刻，首先判断上一时刻目标是否存在，如上 一时刻不存在目标，再判断当前时刻的目标的存在概率与上一时刻的目标的存在概率之差 是否大于第一门限值，如大于则表示目标存在，否则表示目标不存在；如上一时刻存在目 标，再判断当前时刻的目标的存在概率与上一时刻的目标的存在概率之差是否小于第二门 限值，如小于则表示目标不存在，否则表示目标存在。
[0062] 基于本发明详细技术方案，我们可以处理低信噪比情况下的目标检测问题。以下 实施例通过对比不同信噪比情况下算法的平均检测概率和平均虚警概率来表现改进算法 的改善效果。
[0063] 实施例
[0064] 这里以红外传感器进行观测，假设红外传感器采样周期T=ls，目标运动航迹设 定为：目标真实初始状态为x。= (4. 2, 0? 45, 7. 2, 0? 25, 20)，第7s目标出现，在第23s以前 均做匀速直线运动，之后消失。目标总共出现16s，传感器持续观测30s。
[0065] 传感器每一时刻产生一帧包含11：!\1^个分辨单元（像素）的整个观测区域的二维 图像[ 38]。其中，每个分辨单元（i,j)，i= 1，…，nx，j= 1，…，my对应一个八xXA讲矩 形区域。所以k时刻传感器观测就可获得nxXmyf强度观测数据，观测值序列为：
[0069] 其中/表示目标对分辨单元（i，j)的信号强度贡献，vf"表示分辨单元 (i，j)的观测噪声，假设其服从高斯分布N(0,ex2)?考虑到实际情况，采用点扩散函数描述 比较合适。假设k时刻目标的位置为（xk，yk)，强度为Ik，那么其对于分辨单元 (i，j)的信号强度贡献可以近似为：
[0071]其中2为传感器模糊斑点数量，决定了目标信号扩散程度[12]。已知o、I和5：， 以及分辨单元尺寸，目标对应的传感器观测信号信噪比则为：
[0073] 按照以上介绍，每次蒙特卡洛实验可获得30帧的观测数据，假设nx=my= 30,Ax =Ay= 1，点扩散函数标准差2 =0.7,目标强度I= 20,由上式可知观测噪声方差〇 2决 定了信噪比的大小，通过改变c来改变信噪比。
[0074] 在粒子状态初始化阶段，位置状态在观测区域内均匀分布，速度状态 (?,臭)~ 1，1][391，强度状态Ik~U[ 10, 30]，粒子总数N= 10000，继续粒子和新生粒子各 5000个，目标初始存在概率y。= 0. 05,马尔科夫状态转移矩阵为：
[0076] 在产生新生粒子时，本文使新生粒子粒子位置在观测值最大的50个分辨单元中 均匀分布，这样就可以得到：
[0078]下面就针对低信噪比情况（信噪比为6dB、5dB、4dB、3dB、2dB和IdB)，通过平均检 测概率Pd和平均虚警概率PF来比较算法性能。
[0079] 为了方便对比改进的EPF-TBD算法相对于传统算法的改进效果，假设两种算法的 Pth均为〇. 5。这里令Sth2=-Sthl，那么影响改进的EPF-TBD算法检测性能的参数就只有Sthl， 这里考虑分别取〇. 05, 0. 1，0. 15, 0. 2。
[0080] 如图2和图3所示分别为不同信噪比情况下传统EPF-TBD算法与不同存在概率斜 率检测门限的改进EPF-TBD算法的平均检测概率和平均虚警概率结果。
[0081] 从图2可见，在不同信噪比情况下，不同存在概率斜率检测门限的改进EPF-TBD算 法的平均检测概率几乎都比传统算法的要高，这就表明改进算法在检测概率方面相较于传 统算法是有改善效果的，并且随着信噪比的降低这种改善效果更佳明显。从图3可见，不同 信噪比情况下，除了Sthl = 0. 05外，其他目标存在概率斜率门限下的改进EPF-TBD算法的 平均虚警概率几乎都比传统算法的要低，这就表明改进算法在虚警概率方面相较于传统算 法是有改善效果的。
[0082] 为了更加直观地衡量改进的PF-TBD算法的改进效果，这里引入改善度的概念，其 定义如下：
[0083]
[0084] 其中P表示平均检测概率或平均虚警概率，由此可知平均检测概率的改善度大于 0表示改进算法的平均检测概率有改善，改善度越高改进程度越高；平均虚警概率的改善 度小于0表示改进算法的平均虚警概率有改善，改善度越低改进程度越高。如表1、表2、表 3和表4所示分别为不同信噪比情况下Sthl= 0. 05、0. 1、0. 15、0. 2时改进的EPF-TBD算法 平均检测概率和平均虚警概率的改善度。
[0085] 表 1 信噪比为 6dB、5dB、4dB、3dB、2dB和IdB情况下Sthl= 0? 05 时改进的EPF-TBD 算法的平均检测概率和平均虚警概率的改善度
[0087] 表 2 信噪比为 6dB、5dB、4dB、3dB、2dB和IdB情况下Sthl= 0. 1 时改进的EPF-TBD 算法的平均检测概率和平均虚警概率的改善度
[0088]
[0089]表 3 信噪比为 6dB、5dB、4dB、3dB、2dB和IdB情况下Sthl= 0? 15 时改进的EPF-TBD算法的平均检测概率和平均虚警概率的改善度
[0092]表 4 信噪比为 6dB、5dB、4dB、3dB、2dB和IdB情况下Sthl= 0. 2 时改进的EPF-TBD算法的平均检测概率和平均虚警概率的改善度
[0093]
[0094] 由表1、表2、表3和表4可知：随着门限Sthl升高，改进的EPF-TBD算法的平均检 测概率和平均虚警概率的改善度大体上都是呈下降趋势的，这就表明大体上随着门限Sthl 升高，改进算法的平均检测概率的改善程度越来越低，平均虚警概率的改善程度越来越高。 显然Sthl= 0. 05时，除了 3dB情况都存在无改善现象，所以0. 05 -般不适合作为门限。Sthl =0. 2与Sthl= 0. 15情况下的平均检测概率和平均虚警概率的改善效果基本相当，只是在 2dB和IdB这种超低信噪比情况下效果不如Sthl= 0. 15。因此综合考虑检测概率和虚警概 率要求，Sthl= 0. 1或0. 15时改进算法改善程度最好，对比Sthl= 0. 1和Sthl= 0. 15时的 平均检测概率和平均虚警概率可以看出：当Sthl= 0. 1时，改进算法的平均检测概率改善效 果更突出，特别是随着信噪比的降低这种优势更加明显，而Sthl= 0. 15情况下，平均虚警概 率的改善效果更突出。综上所述，改进算法在传统算法基础上平均检测概率和平均虚警概 率都有所改善，可以根据实际需求选取合适的门限获得相应的改善效果。
【主权项】
1. 基于目标存在概率斜率的EPF-TBD方法，其特征在于，包括以下步骤： 粒子分类步骤：依据当前时刻的目标存在状态将粒子滤波除去死亡粒子得到当前时刻 的存活粒子，其中存活粒子包括继续粒子和新生粒子； 存在概率计算步骤：利用继续粒子和新生粒子联合估计当前时刻的目标状态，通过归 一化权重递归估计出当前时刻的目标的存在概率； 存在判决步骤：初始时刻，将当前时刻的目标的存在概率与门限值比较判断，当前时刻 的目标的存在概率大于门限值则表示当前时刻的目标的存在判决为目标存在，否则表示当 前时刻的目标的存在判决为目标不存在； 初始时刻之外的其它时刻，判断判断当前时刻的目标的存在概率与上一时刻的目标的 存在概率的变化量是否大于阈值，如是，则当前时刻的目标的存在判决与上一时刻的目标 的存在判决结果不同，否则当前时刻的目标的存在判决与上一时刻的目标的存在判决结果 相同。2. 如权利要求1所述基于目标存在概率斜率的EPF-TBD方法，其特征在于，初始时刻之 外的其它时刻存在判决的具体方法是：初始时刻之外的其它时刻，首先判断上一时刻目标 是否存在，如上一时刻不存在目标，再判断当前时刻的目标的存在概率与上一时刻的目标 的存在概率之差是否大于第一阈值，如大于则表示目标存在，否则表示目标不存在；如上一 时刻存在目标，再判断当前时刻的目标的存在概率与上一时刻的目标的存在概率之差是否 小于第二阈值，如小于则表示目标不存在，否则表示目标存在； 第一阈值为大于的零常数；第二阈值为小于零的常数。
【专利摘要】本发明提供一种基于目标存在概率斜率的EPF-TBD方法，目标的存在概率之后，进行存在判决时：初始时刻，将当前时刻的目标的存在概率与门限值比较判断，当前时刻的目标的存在概率大于门限值则表示当前时刻的目标的存在判决为目标存在，否则表示当前时刻的目标的存在判决为目标不存在；初始时刻之外的其它时刻，判断当前时刻的目标的存在概率与上一时刻的目标的存在概率的变化量是否大于阈值，如是，则当前时刻的目标的存在判决与上一时刻的目标的存在判决结果不同，否则当前时刻的目标的存在判决与上一时刻的目标的存在判决结果相同。本发明较现有的EPF-TBD方法，本发明能有效缓解漏检和虚警问题，检测性能更优。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105069272
【申请号】CN201510314298
【发明人】程婷, 苏洲阳, 武俊青, 张洁, 张宇轩
【申请人】电子科技大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年6月10日