用。
[0103] 如图11所示，本实例的经典跟踪过程具体分W下五步：
[0104] a)航迹起始阶段；该里采用的是基于逻辑的航迹起始算法；设定初始相关波口， 获得当前峽的量测数，读取前一峽的暂态航迹，进而计算当前峽的量测与各暂态航迹的位 置误差，如果某暂态航迹的峽数大于1，则计算各点迹与此暂态航迹的夹角，判断、记录落入 相关波口内的量测，没有落入相关波口内的量测作为航迹头建立新的暂态航迹。对于与暂 态航迹关联的点迹判断每条航迹是否只有一个关联点迹，如若只有一个关联点迹，则直接 保存在关联航迹中；否则，选取距离最短的点迹给予关联。对于关联后的每条暂态航迹，判 断该航迹中是否有H点，如若满足H点，将此暂态航迹作为成功起始航迹，并清空该暂态航 迹。
[010引b)跟踪口：矩形口的判定规则为；V= (2K)m，K为波口常数，查表可得。该里采用 的是楠圆跟踪口的判定规则，第k个航迹的跟踪口面积为；F=CxX，M为观测 维数，该里，M= 3,C= 4n/3,若某量测点迹与此航迹的残差向量范数不大于此波口，此量 测点迹可作为候选回波。
[0106] C)数据关联：有概率数据互联（PDA巧算法和联合概率互据互联（JPDA)算法， PDAF算法只对最新的量测进行分解，主要解决杂波环境下的单雷达单目标跟踪问题。JPDA 算法是在PDAF算法的基础上提出来的，是杂波环境下对多目标进行数据互联的一种良好 的算法。
[0107] 该里采用的JPDA算法，首先对当前峽的量测产生观测确认矩阵：定义一个全零的 初始观测确认矩阵Q1，设置一个标志位为0,先把Q1的第一列赋值为1，利用最近邻法判断 某点迹与各目标航迹的残差向量范数是否小于给定的口限值，如果满足要求，标志位改变 为1，并把Q1中对应于此点迹与目标航迹的位置值赋为1，该点迹为有效观测点，记录此点 迹，累加有效观测点数。把Q1的有效观测行和目标航迹数加1列赋给Q2,作为最终观测确 认矩阵。
[010引其次，产生互联矩阵。对确认矩阵进行拆分，拆分后的互联矩阵满足；每一个量测 有唯一的目标源，即任一量测不源于某一目标，则必源于杂波；对于某个目标，最多有一个 量测W其为目标源。
[0109] 然后计算关联概率。记虚假量测个数为有效观测点数，在每个可行事件中，计算可 行互联矩阵的每一行和，此值为1或0,若为1，表明在此可行事件中，此量测与一个真实目 标关联，此时把虚假量测个数减1。在某个可行事件中，如果量测与目标航迹关联，则计算此 量测与目标航迹的残差向量范数，求得其正态分布数，利用联合概率计算公式求得可行事 件的概率，进而求得量测与目标的关联概率。
[0110] d)卡尔曼滤波算法：利用卡尔曼滤波算法求得状态的预测协方差、增益，再结合 量测与目标的关联概率求得目标状态估计和状态协方差估计。
[01U]e)航迹终结；两点外推算法，如果目标航迹波口内没有点迹落入，则对航迹进行 直线外推，如果对于外推一次的目标航迹仍然没有点迹落入波口内，则对航迹继续进行外 推，若仍没有点迹落入波口，则认为此航迹终结。
[0112] 本实例当被评估跟踪算法需要保密处理时，进行网络通信的数据交互过程如图12 所示。被评估跟踪算法运行于作为客户端软件，被评估跟踪算法和评估软件之间的通信采 用的是UDP协议来完成，采用WinSock数据包套接字来完成通信。客户端软件通过网络接 口获取评估软件发送的数据源，并且完成算法对数据源的处理，即算法的跟踪过程。客户端 将结果数据传回给评估软件进行算法性能评估。
[0113] 所述的WinSock是WindowSockets(套接字）的简称。WindowSockets可W分 为H种类型，S0CK_STREAM，S0CK_DGRAM，S0CK_RAM，即流式套接字、数据包套接字、W及原 始套接字。流式套接字定义了一种可靠地面向连接的服务，实现了无差错无重复的顺序数 据传输；数据包套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无 序的，并且不保证数据传输的可靠性、无差错；原始套接字很少使用，它允许对低层协议如 IP、ICMP直接访问，主要用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。
[0114] 本实例算法评估时采用蒙特卡洛法，如图13所示，蒙特卡洛法的步骤是；（1)构造 实际问题的概率模型；（2)根据概率模型的特点，设计和使用降低方差的各类方法，加速试 验的收敛；(3)给出概率模型中各种不同分布随机变量的抽样方法；(4)统计试验结果，给 出问题的解和精度估计。
[0115] 需要说明的是，上述实施例仅是示范性的，而非对本发明的限制。任何不背离本发 明精神的技术方案均应落入本发明的保护范围之内，该包括使用在不同实施例中出现的不 同技术特征，各种特征W及实施例可W进行组合，W取得有益效果。此外，不应将权利要求 中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；"包括"一词不排除其他权利要求或说明书 中未列出的装置或步骤。
【主权项】
1. 一种多目标跟踪系统性能评估仿真方法，其特征在于包括下述步骤： 步骤一：目标航迹配置 对目标航迹的配置采用雷达、红外两种输入数据源，采用典型航迹加载、导入外部航迹 数据文件或自定义目标航迹三种方式进行目标航迹配置。 步骤二：载机航迹配置 根据载机实际的装载情况对航迹进行配置，需要设置的参数包括：载机的型号，载机的 航迹为直线飞行，起始位置为相对于地理坐标系的坐标（X，y，Z)，起始速度（m/s)、起始加 速度（m/s2)。 步骤三：传感器配置 对传感器的配置包括雷达和红外这两种类型；对于雷达传感器需要设置其目标检测概 率和虚警概率，对于红外传感器需要设置目标检测概率、虚警概率、红外视场水平视窗角度 和垂直视窗角度；跟踪环境需要加入环境噪声，可以选择的噪声模型包括均匀分布噪声模 型、正态分布噪声模型、泊松分布噪声模型。 步骤四：加载算法 对于不同的被评估算法采用不同的加载方式，包括基础算法加载、本地算法加载、远程 算法加载；基础算法加载是加载已有的经典跟踪算法；本地算法加载，是对用户正在开发、 验证的跟踪算法进行加载；需要保密处理评估算法采用远程算法加载的方式，远程算法加 载采用服务器/客户端模式，通过网络通信的方式，被评估的跟踪算法运行在客户端，将传 感器数据源通过网络传输给远程的客户端的跟踪算法进行处理，然后再将跟踪结果返回给 本地。 步骤五：网络通信 对于步骤四中需要进行保密处理的被评估算法，采用UDP协议，通过网络通信进行数 据的发送和接收，被评估算法运行在远程客户端，对算法的评估通过网络通信完成数据的 传送与接收，网络通信采用Socket网络套接字编程技术。 步骤六：算法评估 对多目标跟踪系统算法的性能指标的评估，采用单次和多次蒙特卡洛法，仿真评估的 指标有航迹起始正确概率、航迹起始平均时间、航迹起始成功概率、航迹终止错误概率、虚 假航迹起始概率、数据关联成功概率、跟踪精度、航迹维持正确概率、发散度、有效性、算法 复杂度，跟踪算法采用的整体性能评估方法如下式： A=P XW +T XW +P XW +P XW 11. qszq ^ N ?? qszq 1 qsp j ^ N ?? qsp j 1 qscg ^ N ?? qscg 1 zzcw ^ N ?? zzcw +Pxjqsx WXj<iS+Pglcg X Wglcg+Pgz X Wgz+Pwcz(1 X Wxjqs +DXffD+EXffE+CXff c 其中：A为跟踪算法整体性能指标； Pqsztl为航迹起始正确概率，Wqsztl为航迹起始正确概率的权重； Tqspj为航迹起始平均时间，Wqsw.为航迹起始平均时间的权重； Pqsc;g为航迹起始成功概率，Wqsc;g为航迹起始成功概率的权重； Pzzcw为航迹终止错误概率，Wzzrat航迹终止错误概率的权重； Pxjqs为虚假航迹起始概率，W_s为虚假航迹起始概率的权重； Pgkg为数据关联成功概率，Wglc;g为数据关联成功概率的权重； Pgz为跟踪精度，Wgz为跟踪精度的权重； Pwraq为航迹维持正确概率，w_s为航迹维持正确概率的权重； D为发散度，Wd为发散度的权重； E为有效性，We为有效性的权重； C为算法复杂度，W。为算法复杂度的权重。
【专利摘要】一种多目标跟踪系统性能评估仿真方法，采用了多种不同的途径加载目标航迹，实现了目标航迹路径的多样性，通过自定义目标航迹，最大限度的满足了用户对多样性航迹类型配置的需求；采用了雷达和红外两种传感器数据源，实现了对不同多目标跟踪系统的性能评估；采用了服务器/客户端模式，被评估算法可以运行在客户端，实现了算法保密，采用了单次与多次蒙特卡洛法相结合的方式，既能得到被评估跟踪算法性能的统计特性，又能实现对被评估算法的调试，发现算法的离散点。
【IPC分类】G01C25/00
【公开号】CN104977022
【申请号】CN201410134856
【发明人】陈绍炜, 赵帅, 窦智, 王琰, 高萌, 孟祥禄, 王聪
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2014年4月4日