一种基于目标三状态建模的遮挡目标多帧跟踪方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113945207A(43)申请公布日2022.01.18(21)申请号202111049998.0(22)申请日2021.09.08(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街(72)发明人石义芳方伟业郭云飞彭冬亮(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人杨舟涛(51)Int.Cl.G01C21/00(2006.01)权利要求书5页说明书10页附图2页(54)发明名称一种基于目标三状态建模的遮挡目标多帧跟踪方法(57)摘要本发明一种基于目标三状态建模的遮挡目标多帧跟踪方法，属于目标自动跟踪领域，在高目标漏检、高杂波密度的复杂环境下，针对遮挡目标的鲁棒自动跟踪问题，对现有的综合航迹分裂方法进行改进，通过对目标存在事件进行三状态描述，考虑目标存在但无法被观测到的可能性，对目标存在三状态的时域演变规律进行一阶马尔科夫链建模，通过保存每一时刻每条航迹每个关联假设的历史信息，利用后续观测信息来加强前期关联假设的可信度，以提升对遮挡目标跟踪性能的鲁棒性，具体体现在航迹维持、虚假航迹剔除等方面。CN113945207ACN113945207A权利要求书1/5页1.一种基于目标三状态建模的遮挡目标多帧跟踪方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：(1)k时刻的输入：传感器产生的量测集Yk；目标存在可见概率目标存在不可见概率目标不存在概率对于每个航迹分量ck‑1：相对概率p(ck‑1)；均值协方差Pk‑1|k‑1(ck‑1)；各航迹分量目标存在可见概率各航迹分量目标存在且不可见概率其中表示k‑1时刻目标存在且可见，表示k‑1时刻目标存在且不可见，(2)k时刻，目标航迹的存在概率预测；表示k‑1时刻航迹目标不存在概率；其中，M为目标三状态状态转移矩阵；表示目标k时刻不存在；(3)k时刻，目标航迹的航迹分量ck‑1存在概率预测；其中，M′为航迹分量的三状态状态转移矩阵，目标的三状态状态转移矩阵与航迹分量的三状态状态转移矩阵取值相同；航迹分量ck‑1存在概率预测，采用标准的卡尔曼滤波预测；KFP表示标准的卡尔曼滤波预测，具体公式如下：TPk|k‑1(ck‑1)＝FPk‑1|k‑1(ck‑1)F+QF表示k时刻目标状态转移矩阵，Q为目标运动过程噪声误差协方差矩阵；(4)观测选择2CN113945207A权利要求书2/5页通过下式，计算得到k时刻各个航迹分量ck‑1量测预测的均值以及新息协方差Sk(ck‑1)；Sk(ck‑1)＝H*Pk|k‑1(ck‑1)*H′+R；H为量测转移矩阵，R为传感器误差协方差矩阵；卡尔曼增益K(ck‑1)：‑1K(ck‑1)＝Pk|k‑1(ck‑1)HSk(ck‑1)目标航迹分量ck‑1进行观测选择，选择准则如下：其中，为波门大小，取决于波门概率PG的大小，整理所有航迹分量的预选观测得到预选观测集合(5)似然值计算计算各个航迹分量的似然值pk(i，ck‑1)：计算目标航迹的似然值pk(i)：(6)目标航迹状态更新计算似然比：其中，ρk为杂波密度，PD表示传感器检测概率，mk为量测落入门限的个数；令δk＝PDPG；当mk＝0时，即没有量测落入门限，则Λk＝1‑δk；k目标存在概率P(χk|Y)更新：关联概率的计算：目标存在且可见关联概率：其中，i表示量测落入门限的第i个量测，i＝0时，即没有量测落入门限；3CN113945207A权利要求书3/5页目标存在且不可见关联概率：暂时航迹分量建立，令暂时航迹分量航迹分量第i个目标存在且可见概率：航迹分量第i个测量目标存在且不可见概率：航迹分量动力学状态的更新：i＝0航迹分量不进行更新，航迹分量的状态值等于航迹分量的预测值；i＞0，航迹分量状态进行卡尔曼滤波更新：I表示4*4单位矩阵；(7)航迹分量管理计算航迹分量相对概率设置裁剪门限τc，对相对概率的航迹分量进行裁剪；根据进行裁剪后得到新的航迹分量ck′；对裁剪后的航迹分量ck′进行归一化，得到k时刻的航迹分量ck的相对概率p(ck)、均值协方差Pk|k(ck)、存在且可见概率以及存在且不可见概率Pk|k(ck)＝Pk|k(ck′)4CN113945207A权利要求书4/5页整理得到k时刻的航迹分量ck：(8)目标动力学状态输出：k时刻目标存在且可见概率更新：k时刻目标存在且不可见概率更新：k时刻目标动力学状态输出：重复(1)～(8)进行时域迭代计算，最终获取各个时刻目标动力学状态估计。2.根据权利要求1所述的一种基于目标三状态建模的遮挡目标多帧跟踪方法，其特征在于：所述传感器产生的量测集Yk为起始时刻到k时刻的所有量测集，即kk‑1Y＝{Y，Yk}k时刻的量测集Yk由下式得到：Yk＝HXk