基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法.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CN105929378A(43)申请公布日2016.09.07(21)申请号201610257109.2G06T7/20(2006.01)(22)申请日2016.04.22(66)本国优先权数据201510887968.52015.12.05CN201510991043.52015.12.26CN(71)申请人中国人民解放军信息工程大学地址450000河南省郑州市高新区科学大道62号(72)发明人王云龙王鼎于宏毅吴瑛杨宾唐涛吴志东吴江(74)专利代理机构郑州大通专利商标代理有限公司41111代理人陈大通(51)Int.Cl.G01S7/41(2006.01)权利要求书4页说明书11页附图3页(54)发明名称基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法(57)摘要本发明涉及一种基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法，首先建立目标的状态转移模型以及包含外辐射源的直达波和回波的接收信号模型；通过计算接收信号的傅立叶系数将时域数据转化成频域数据，对频域接收数据构建高维最大似然估计，利用信息矩阵的最大特征值作为粒子滤波中粒子的后验概率加权，通过重采样获得权值较大的粒子，对所得粒子取平均得到对应时刻目标位置的估计。本发明相比于传统跟踪方法，综合考虑外辐射源的直达波信息与目标反射回波信息，构建包含时延与多普勒信息的多维信号模型，利用底层接收数据构建粒子后验概率加权，直接对目标位置状态进行估计，跟踪精度更高，且方法实现简单、高效，性能稳健、可靠。CN105929378ACN105929378A权利要求书1/4页1.一种基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法，具体包含如下步骤：步骤1.外辐射源场景下利用状态转移矩阵F构建目标运动状态方程为：xk＝Fxk-1+vk-1，其中，为状态向量，xk,yk与表分别示在第k次观测间隙内目标辐射源的位置坐标和相应的速度分量；Tr表示采样周期，状态转移矩阵F为：，并定义初始状态与跟踪状态时的条件概率密度函数；结合粒子滤波方法构建后验概率加权迭代方程为：，其中，zk表示k时刻的观测量；步骤2.对L个观测站的双通道接收系统进行时间同步，并根据Nyquist采样定理采集外辐射源的直达波信号以及经目标反射的回波信号，获得多站接收的信号时域模型；步骤3.针对信号时域模型，对各站双通道接收的时域数据分别计算其傅立叶系数，得到阵列信号频域模型；步骤4.针对阵列信号频域模型，每个观测站将所获得的阵列信号频域数据传输至中心站，中心站将每个站传输的阵列信号频域数据按照观测站的顺序进行堆栈排列，构造高维阵列信号频域模型；步骤5.针对高维阵列信号频域模型，在中心站对高维阵列信号频域数据构造高斯最大似然函数，并构造包含回波时延、多普勒信息以及直达波时延信息的数据信息矩阵；步骤6.数据信息矩阵的最大特征值作为粒子滤波的后验概率权重；根据粒子滤波理论，设定粒子数量及初始权重，通过迭代更新粒子的后验概率权重并进行重采样，所得最终粒子的均值作为该时刻目标跟踪的结果。2.根据权利要求1所述的基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法，其特征在于：步骤2中，第l个k时刻观测站的所接收到的信号时域模型为：其中，表示外辐射源相对于第l个观测站的直达路径时延；τl,k＝(||pe-p0,k||+||pl-p0,k||)/c表示外辐射源照射k时刻的目标并反射至观测站产生的时延，c表示信号传播速度，||·||表示2范数；pe为外辐射源位置，发射信号带宽W，p0,kT为目标在k时刻时的位置，速度为vk＝[vx,k,vy,k]；与wl,k(t)分别表示均值为0，方差为与直达波通道与k时刻回波通道的加性平稳复高斯白噪声；bl,k与分别表示k时刻回波信道与直达波信道的衰减系数；fl,k表示目标与观测站之间的多普勒频率，其包含两部2CN105929378A权利要求书2/4页分，一部分为外辐射源照射至目标时信号的多普勒频率，另一部分是k时刻反射回波到达观测站时产生的多普勒频率，故fl,k表示为：，T其中，pl＝[xl,yl](l＝1,2,…,L)为第l个观测站的位置坐标。3.根据权利要求2所述的基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法，其特征在于：步骤3中第l个观测站k时刻的所接收到的信号频域模型为：，其中，与分别表示接收信号、发射信号以及噪声项的傅立叶系数。4.根据权利要求3所述的基于外辐射源联合时延与多普勒频率的直接跟踪方法，其特征在于：步骤4中，中心站所获得的高维信号频域模型为：，其中，，式中，表示循环移位矩阵，其形式表示为：，3CN105929378A权利要求书3/4页即将单位阵循环向下移位floor(Tfl,k)+1行；即将矩阵按行循环向下移位floor(Tf