一种目标运动轨迹模拟方法和装置与流程

本发明涉及目标跟踪系统的跟踪性能验证领域，更具体地说，涉及一种目标运动轨迹模拟方法和装置。

背景技术：

传统的目标运动轨迹模拟方法，通常采用速度为常值(CV模型，Constant Velocity Model)、加速度为常值(CA模型，Constant Acceleration Model)以及加速度变化率为常值的目标运动模型，来构造目标运动轨迹，作为目标跟踪系统(例如雷达目标跟踪系统)的输入，以验证目标跟踪系统是否能够实现对目标的跟踪。飞行目标在空中的运动轨迹是四维空间中的一条连续光滑的曲线，不仅要满足空间上的连续性，还要满足时间上的连续性，即飞行器的速度和加速度必须连续，同时还应符合基本的运动轨迹。

但是，采用传统的方法来模拟目标运动轨迹时，容易出现一些加速度变化剧烈的点(即“奇点”)，比如在模拟“几型”运动轨迹(如图1)时，如果出现速度方向迅速改变时，如图2所示，就会出现加速度跳变的现象，如图3所示。即传统的目标运动轨迹模拟方法不能充分考虑实际工程中目标运动能力的问题，会出现加速度跳变的点，因此不能模拟真实目标的运动能力，进而不能准确验证目标跟踪系统对目标的跟踪性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种目标运动轨迹模拟方法和装置，欲消除加速度跳变的点，实现准确模拟真实目标的运动能力，进而达到准确验证目标跟踪系统对目标的跟踪性能的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种目标运动轨迹模拟方法，包括：

步骤S11：获取第一目标运动轨迹以及与所述第一目标运动轨迹对应的第一加速度曲线；

步骤S12：判断所述第一加速度曲线是否存在加速度突变点，如果不存在，则执行步骤S13，如果存在，则执行步骤S14；

步骤S13：将所述第一目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出；

步骤S14：利用一阶惯性环节对所述第一加速度曲线进行平滑处理，得到第二加速度曲线；

步骤S15：进行两次积分得到与所述第二加速度曲线对应的第二目标运动轨迹；

步骤S16：判断所述第二目标运动轨迹与预设目标运动轨迹是否一致，若不一致，则修改所述一阶惯性环节的参数，执行步骤S14，若一致，则执行步骤S17；

步骤S17：将所述第二目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出。

优选的，所述获取第一目标运动轨迹以及与所述第一目标运动轨迹对应的第一加速度曲线，具体包括：

接收用户输入的所述预设目标运动轨迹；

根据所述预设目标运动轨迹和反推速度法，计算得到与所述预设目标运动轨迹对应的速度曲线；

进行一次积分得到与所述速度曲线对应的所述第一目标运动轨迹；

如果所述第一目标运动轨迹与所述预设目标运动轨迹一致，则进行一次微分得到与所述速度曲线对应的所述第一加速度曲线。

优选的，所述预设目标运动轨迹为：几型、蛇形、圆周形或交叉型。

一种目标运动轨迹模拟装置，包括：

获取单元，用于获取第一目标运动轨迹以及与所述第一目标运动轨迹对应的第一加速度曲线；

第一判断单元，用于判断所述第一加速度曲线是否存在加速度突变点，如果不存在，则转入执行第一输出单元，如果存在，则转入执行平滑处理单元；

所述第一输出单元，用于将所述第一目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出；

所述平滑处理单元，用于利用一阶惯性环节对所述第一加速度曲线进行平滑处理，得到第二加速度曲线；

第一积分单元，用于进行两次积分得到与所述第二加速度曲线对应的第二目标运动轨迹；

第二判断单元，用于判断所述第二目标运动轨迹与预设目标运动轨迹是否一致，若不一致，则修改所述一阶惯性环节的参数，转入执行所述平滑处理单元，若一致，则转入执行第二输出单元；

所述第二输出单元，用于将所述第二目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出。

优选的，所述获取单元，具体包括：

接收子单元，用于接收用户输入的所述预设目标运动轨迹；

计算子单元，用于根据所述预设目标运动轨迹和反推速度法，计算得到与所述预设目标运动轨迹对应的速度曲线；

积分子单元，用于进行一次积分得到与所述速度曲线对应的所述第一目标运动轨迹；

微分子单元，用于如果所述第一目标运动轨迹与所述预设目标运动轨迹一致，则进行一次微分得到与所述速度曲线对应的所述第一加速度曲线。

优选的，所述预设目标运动轨迹为：几型、蛇形、圆周形或交叉型。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的目标运动轨迹模拟方法和装置，通过分析目标运动轨迹对应的加速度曲线中的是否存在加速度突变点，判断目标运动轨迹是否符合实际目标的机动能力；并利用一阶惯性环节对存在加速度突变点的加速度曲线进行平滑处理，最终得到符合实际目标的机动能力的目标运动轨迹。本方案通过一阶惯性环节消除了加速度跳变的点，实现了准确模拟真实目标的运动能力，进而可以准确验证目标跟踪系统对目标的跟踪性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为传统目标运动轨迹模拟方法模拟得到的“几型”运动轨迹示意图；

图2为图1所示“几型”运动轨迹对应的速度曲线示意图；

图3为图1所示“几型”运动轨迹对应的加速度曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的一种目标运动轨迹模拟方法的流程图；

图5为利用本实施例提供的目标运动轨迹模拟方法得到的“几型”运动轨迹示意图；

图6为图5所示“几型”运动轨迹对应的速度曲线；

图7为图5所示“几型”运动轨迹对应的加速度曲线；

图8为本发明实施例提供的一种目标运动轨迹模拟装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图4，示出本实施例提供的一种目标运动轨迹模拟方法的流程图，该方法包括：

步骤S11：获取第一目标运动轨迹以及与所述第一目标运动轨迹对应的第一加速度曲线。

第一目标运动轨迹可以是通过传统目标运动轨迹模拟方法得到的。根据牛顿运动学定律，加速度的积分得到速度，速度的积分得到位置，模拟目标运动轨迹，可以通过反推方法，即对位置进行微分获得速度，对速度微分获得加速度。

步骤S12：判断所述第一加速度曲线是否存在加速度突变点，如果不存在，则执行步骤S13，如果存在，则执行步骤S14；

步骤S13：将所述第一目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出；

步骤S14：利用一阶惯性环节对所述第一加速度曲线进行平滑处理，得到第二加速度曲线；

通过分析第一加速度曲线是否存在加速度突变点，来确定第一加速度曲线对应的第一目标运动轨迹是否符合实际目标的机动能力，如果符合则可以不做处理直接将第一目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出，以验证目标跟踪系统对目标的跟踪性能；如果不符合，则利用一阶惯性环节对该第一加速度曲线进行平滑处理。一阶惯性环节可以使阶跃信号变为缓变的信号，使信号过度过程更加平滑，即当输入量发生突变时，输出量按照指数规律逐渐变化，不进行突变。一阶惯性环节为现有技术本实施例不再赘述。

步骤S15：进行两次积分得到与所述第二加速度曲线对应的第二目标运动轨迹；

步骤S16：判断所述第二目标运动轨迹与预设目标运动轨迹是否一致，若不一致，则修改所述一阶惯性环节的参数，执行步骤S14，若一致，则执行步骤S17；

步骤S17：将所述第二目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出。

例如，预设目标运动轨迹是蛇形，则判断对第一加速度曲线进行平滑处理后的第二加速度曲线对应的第二目标运动轨迹是否也是蛇形，如果不是蛇形而是圆周形或其他类型运动轨迹，则需要重新对第一加速度曲线进行平滑处理。即修改一阶惯性环节的参数，再对第一加速度曲线进行平滑处理直到判断第二目标运动轨迹与预设目标运动轨迹一致时为止。一阶惯性环节的参数需要根据获取的第二目标运动轨迹曲线进行调整，参数具体调整方法本发明不做限定。本领域技术人根据实际需要可以采用试凑的方式，进行参数选取也可以实现。图5为利用本实施例的目标运动轨迹模拟方法得到的“几型”运动轨迹，图6为图5所示“几型”运动轨迹对应的速度曲线，图7为图5所示“几型”运动轨迹对应的加速度曲线。

本实施例提供的一种目标运动轨迹模拟方法，通过分析目标运动轨迹对应的加速度曲线中的是否存在加速度突变点，判断目标运动轨迹是否符合实际目标的机动能力；并利用一阶惯性环节对存在加速度突变点的加速度曲线进行平滑处理，最终得到符合实际目标的机动能力的目标运动轨迹。本方案通过一阶惯性环节消除了加速度跳变的点，实现了准确模拟真实目标的运动能力，进而可以准确验证目标跟踪系统对目标的跟踪性能。

获取第一目标运动轨迹以及与所述第一目标运动轨迹对应的第一加速度曲线，具体可以包括：

步骤S21：接收用户输入的所述预设目标运动轨迹；

用户可以根据考核目标跟踪系统的跟踪性能需要，选择相应的运动轨迹输入。例如为了更深入考核目标跟踪系统对机动特性较大的目标的跟踪性能，往往需要构造特定的、机动性较强的目标运动轨迹，比如蛇形、几型、蛇形、圆周形或交叉型等运动轨迹。用户根据目标运动轨迹的形状进行对目标运动轨迹进行阶段划分，即根据目标运动轨迹的形状选取可以充分对轨迹进行划分的特征点，比如转弯时的方向改变点、由直线运动向曲线运动转换的切入点等等。

步骤S22：根据所述预设目标运动轨迹和反推速度法，计算得到与所述预设目标运动轨迹对应的速度曲线；

运动基本的几何运动原理反推出预设目标运动轨迹各阶段所需的速度曲线，进而得到预设目标运动轨迹对应的速度曲线。通过采用由预设目标运动轨迹反推目标各阶段运行速度的方式，确定目标运动各阶段所需的速度，确保目标运动轨迹形状得到满足。

步骤S23：进行一次积分得到与所述速度曲线对应的所述第一目标运动轨迹；

步骤S24：如果所述第一目标运动轨迹与所述预设目标运动轨迹一致，则进行一次微分得到与所述速度曲线对应的所述第一加速度曲线。

例如，预设目标运动轨迹是蛇形，则判断对第一加速度曲线进行平滑处理后的第二加速度曲线对应的第二目标运动轨迹是否也是蛇形，如果不是蛇形而是圆周形或其他类型运动轨迹，则需要用户根据目标运动轨迹的形状重新进行对目标运动轨迹进行阶段划分，直到第一目标运动轨迹与预设目标运动轨迹一致为止。

速度反推实现目标运动轨迹和加速度突变点去除方法相结合，不仅适用于特定的目标运动轨迹，即几型、蛇形等，还适用于其他类型的目标运动轨迹形状，具有很好的通用性。

对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。

下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施例。

参见图8，示出本实施例提供的一种目标运动轨迹模拟装置的示意图，该装置包括：

获取单元11，用于获取第一目标运动轨迹以及与所述第一目标运动轨迹对应的第一加速度曲线；

第一判断单元12，用于判断所述加速度曲线是否存在加速度突变点，如果不存在，则转入执行第一输出单元13，如果存在，则转入执行平滑处理单元14；

所述第一输出单元13，用于将所述第一目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出；

所述平滑处理单元14，用于利用一阶惯性环节对所述第一加速度曲线进行平滑处理，得到第二加速度曲线；

第一积分单元15，用于进行两次积分得到与所述第二加速度曲线对应的第二目标运动轨迹；

第二判断单元16，用于判断所述第二目标运动轨迹与预设目标运动轨迹是否一致，若不一致，则修改所述一阶惯性环节的参数，转入执行所述平滑处理单元14，若一致，则转入执行第二输出单元17；

所述第二输出单元17，用于将所述第二目标运动轨迹作为目标运动轨迹输出。

本实施例提供的一种目标运动轨迹模拟装置，通过分析目标运动轨迹对应的加速度曲线中的是否存在加速度突变点，判断目标运动轨迹是否符合实际目标的机动能力；并利用一阶惯性环节对存在加速度突变点的加速度曲线进行平滑处理，最终得到符合实际目标的机动能力的目标运动轨迹。本方案通过一阶惯性环节消除了加速度跳变的点，实现了准确模拟真实目标的运动能力，进而可以准确验证目标跟踪系统对目标的跟踪性能。

所述获取单元11，具体可以包括：

接收子单元，用于接收用户输入的所述预设目标运动轨迹；

计算子单元，用于根据所述预设目标运动轨迹和反推速度法，计算得到与所述预设目标运动轨迹对应的速度曲线；

积分子单元，用于进行一次积分得到与所述速度曲线对应的所述第一目标运动轨迹；

微分子单元，用于如果所述第一目标运动轨迹与所述预设目标运动轨迹一致，则进行一次微分得到与所述速度曲线对应的所述第一加速度曲线。

优选的，所述预设目标运动轨迹可以为：几型、蛇形、圆周形或交叉型。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。