高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于概率假设密度滤波和动力学方程约束的空间群目标数量和位置分辨

修建娟 董凯 徐从安

修建娟, 董凯, 徐从安. 基于概率假设密度滤波和动力学方程约束的空间群目标数量和位置分辨[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(3): 968-976. doi: 10.11999/JEIT211600
引用本文: 修建娟, 董凯, 徐从安. 基于概率假设密度滤波和动力学方程约束的空间群目标数量和位置分辨[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(3): 968-976. doi: 10.11999/JEIT211600
XIU Jianjuan, DONG Kai, XU Cong’an. Number and Position Estimation Algorithm of Space Group Targets Based on Probability Hypothesis Density Filter and Dynamic Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(3): 968-976. doi: 10.11999/JEIT211600
Citation: XIU Jianjuan, DONG Kai, XU Cong’an. Number and Position Estimation Algorithm of Space Group Targets Based on Probability Hypothesis Density Filter and Dynamic Model[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(3): 968-976. doi: 10.11999/JEIT211600

基于概率假设密度滤波和动力学方程约束的空间群目标数量和位置分辨

doi: 10.11999/JEIT211600
基金项目: 国家自然科学基金(62171453),中国博士后科学基金(2020M680631),山东省自然科学基金青年项目(ZR2021QF103)
详细信息
    作者简介:

    修建娟:女,教授,博士,研究方向为目标定位与跟踪

    董凯:男,副教授,博士,研究方向为信息融合

    徐从安:男,副教授,博士,研究方向为目标跟踪

    通讯作者:

    徐从安 xcatougao@163.com

  • 中图分类号: TN953

Number and Position Estimation Algorithm of Space Group Targets Based on Probability Hypothesis Density Filter and Dynamic Model

Funds: The National Natural Science Foundation of China(62171453), The Postdoctoral Science Foundation Project of China (2020M680631), The Natural Science Foundation Youth Project of Shandong Province (ZR2021QF103)
  • 摘要: 空间目标具有射程远、速度快等特点,为了有效解决密集性高、可分性差的高速空间目标群饱和攻击问题,实现非合作空间群目标数量和位置的尽早分辨,该文基于随机有限集(RFS)理论和动力学方程约束研究了空间“团状”目标数量和位置分辨问题,提出目标监测早期解决大量距离靠近、运动特征差异不明显的高速空间群目标数量和位置估计的相关算法,该算法利用概率假设密度(PHD)滤波器能够解决未知时变环境下目标个数与状态估计的特点,将高斯混合PHD (GM-PHD)滤波和空间目标动力学方程相结合,在解决不可分辨空间群目标数量和位置估计问题的同时,充分利用空间目标动力学方程对群内目标状态进行实时调整,提高空间目标位置状态估计精度,解决不可分辨空间目标群边跟踪边分辨问题,相关算法可为空间群目标数量和群内特殊价值个体目标位置尽快分辨、连续稳定跟踪和可靠动向预报等提供数据基础。
  • 图  1  空间目标3维运动图

    图  2  空间目标x-z轴位置估计图

    图  3  图2的局部放大图

    图  4  空间目标x-z轴位置估计图

    图  5  目标数量估计结果图

    图  6  空间目标1的径向距离均方根误差图

    图  7  空间目标x-z轴位置估计结果局部放大图

    图  8  目标数量估计结果图

    图  9  空间目标1的径向距离均方根误差图

    图  10  中心类群目标跟踪x-z轴结果图

    图  11  图10的局部放大结果图

    表  1  仿真参数设置

    参数名称参数值
    测量时间0~860 s
    关机点空间目标x轴速度3000 m/s
    关机点空间目标y轴速度3000 m/s
    关机点空间目标z轴速度3000 m/s
    关机点空间目标经度
    关机点空间目标纬度
    关机点空间目标高度80 km
    雷达站经度9.5°
    雷达站纬度1.5°
    雷达站大地高程0 m
    下载: 导出CSV
  • [1] LIAN Feng, HAN Chongzhao, LIU Weifeng, et al. Sequential monte carlo implementation and state extraction of the group probability hypothesis density filter for partly unresolvable group targets-tracking problem[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2010, 4(5): 685–702. doi: 10.1049/iet-rsn.2009.0109
    [2] 连峰, 元向辉, 陈辉. 基于势概率假设密度滤波器的不可分辨目标跟踪算法[J]. 系统工程与电子技术, 2013, 35(12): 2445–2451. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2013.12.01

    LIAN Feng, YUAN Xianghui, and CHEN Hui. Tracking unresolved targets using cardinalized probability hypothesis density filter[J]. Systems Engineering and Electronics, 2013, 35(12): 2445–2451. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2013.12.01
    [3] 李昌玺, 周焰, 郭戈, 等. 弹道导弹群目标跟踪技术综述[J]. 战术导弹技术, 2015(3): 66–73. doi: 10.16358/j.issn.1009-1300.2015.03.13

    LI Changxi, ZHOU Yan, GUO Ge, et al. Summary of group tracking technology based on ballistic missile[J]. Tactical Missile Technology, 2015(3): 66–73. doi: 10.16358/j.issn.1009-1300.2015.03.13
    [4] 姜琦, 王锐, 周超, 等. 基于代数图论的修正贝叶斯群目标航迹起始算法[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(3): 531–538. doi: 10.11999/JEIT200449

    JIANG Qi, WANG Rui, ZHOU Chao, et al. Modified Bayesian group target track initiation algorithm based on algebraic graph theory[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2021, 43(3): 531–538. doi: 10.11999/JEIT200449
    [5] 周万幸. 空间导弹目标的捕获和处理[M]. 北京: 电子工业出版社, 2013: 109–154.

    ZHOU Wanxing. Acquisition and Processing of Space Missile Target[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2013: 109–154.
    [6] HE You, XIU Jianjuan, and GUAN Xin. Radar Data Processing with Applications[M]. Singapore: Wiley, 2016: 203–247.
    [7] 靳标, 李聪, 张贞凯. 回波幅度信息辅助的群目标航迹起始方法[J]. 雷达学报, 2020, 9(4): 723–729. doi: 10.12000/JR19088

    JIN Biao, LI Cong, and ZHANG Zhenkai. Group target track initiation method aided by echo amplitude information[J]. Journal of Radars, 2020, 9(4): 723–729. doi: 10.12000/JR19088
    [8] 杜明洋, 毕大平, 王树亮. 群目标跟踪关键技术研究进展[J]. 电光与控制, 2019, 26(4): 59–65,90. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2019.04.012

    DU Mingyang, BI Daping, and WANG Shuliang. Advances in key technologies of group target tracking[J]. Electronics Optics &Control, 2019, 26(4): 59–65,90. doi: 10.3969/j.issn.1671-637X.2019.04.012
    [9] 陈辉, 杜金瑞, 韩崇昭. 基于星凸形随机超曲面模型多扩展目标多伯努利滤波器[J]. 自动化学报, 2020, 46(5): 909–922. doi: 10.16383/j.aas.c180130

    CHEN Hui, DU Jinrui, and HAN Chongzhao. A multiple extended target multi-bernouli filter based on star-convex random hypersurface model[J]. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(5): 909–922. doi: 10.16383/j.aas.c180130
    [10] 甘林海, 王刚, 刘进忙, 等. 群目标跟踪技术综述[J]. 自动化学报, 2020, 46(3): 411–426. doi: 10.16383/j.aas.c180052

    GAN Linhai, WANG Gang, LIU Jinmang, et al. An overview of group target tracking[J]. Acta Automatica Sinica, 2020, 46(3): 411–426. doi: 10.16383/j.aas.c180052
    [11] FELDMANN M, FRÄNKEN D, and KOCH W. Tracking of extended objects and group targets using random matrices[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2011, 59(4): 1409–1420. doi: 10.1109/TSP.2010.2101064
    [12] ORGUNER U. A variational measurement update for extended target tracking with random matrices[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2012, 60(7): 3827–3834. doi: 10.1109/TSP.2012.2192927
    [13] 刘妹琴, 兰剑. 目标跟踪前沿理论与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2015: 38–75.

    LIU Meiqin and LAN Jian. Theory and Application of Target Tracking Frontier[M]. Beijing: Science Press, 2015: 38–75.
    [14] LAN Jian and LI X R. Tracking of maneuvering non-ellipsoidal extended object or target group using random matrix[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2014, 62(9): 2450–2463. doi: 10.1109/TSP.2014.2309561
    [15] LI X R and JILKOV V P. Survey of maneuvering target tracking-part II: Ballistic target models[J]. SPIE, 2001, 4473: 559–581.
    [16] LI X R and JILKOV V P. Survey of maneuvering target tracking. Part II: Motion models of ballistic and space targets[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2010, 46(1): 96–119. doi: 10.1109/TAES.2010.5417150
    [17] 赵艳丽. 弹道导弹雷达跟踪与识别研究[D]. [博士论文], 国防科技大学, 2007: 16–52.

    ZHAO Yanli. Study on radar tracking and discrimination for ballistic missiles[D]. [Ph. D. dissertation], National University of Defense Technology, 2007: 16–52 .
    [18] 彭华甫, 黄高明, 田威, 等. 幅度及多普勒信息辅助的多目标跟踪算法[J]. 航空学报, 2018, 39(10): 322247. doi: 10.7527/S1000-6893.2018.22247

    PENG Huafu, HUANG Gaoming, TIAN Wei, et al. Multi-target tracking algorithm based on amplitude and Doppler information[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2018, 39(10): 322247. doi: 10.7527/S1000-6893.2018.22247
    [19] MAHLER R P S, 范红旗, 卢大威, 蔡飞, 译. 多源多目标统计信息融合进展[M]. 北京: 国防工业出版社, 2017: 145–165.

    MAHLER R P S, FAN Hongqi, LU Dawei, and CAI Fei. translation. Advances in Statistical Multisource-Multitarget Information Fusion[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2017: 145–165.
    [20] 吴卫华, 孙合敏, 蒋苏蓉, 等. 随机有限集目标跟踪[M]. 北京: 国防工业出版社, 2020: 91–102.

    WU Weihua, SUN Hemin, JIANG Surong, et al. Target Tracking with Random Finite Sets[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2020: 91–102.
    [21] 徐从安, 刘瑜, 熊伟, 等. 新生目标强度未知的双门限粒子PHD滤波器[J]. 航空学报, 2015, 36(12): 3957–3969. doi: 10.7527/S1000-6893.2015.0104

    XU Cong’an, LIU Yu, XIONG Wei, et al. A dual threshold particle PHD filter with unknown target birth intensity[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2015, 36(12): 3957–3969. doi: 10.7527/S1000-6893.2015.0104
    [22] MAHLER R P S. Multitarget Bayes filtering via first-order multitarget moments[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2003, 39(4): 1152–1178. doi: 10.1109/TAES.2003.1261119
    [23] VO B N and MA W K. The Gaussian mixture probability hypothesis density filter[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2006, 54(11): 4091–4104. doi: 10.1109/TSP.2006.881190
    [24] 修建娟, 张敬艳, 董凯. 基于动力学模型约束的空间目标精确跟踪算法研究[J]. 电子学报, 2021, 49(4): 781–787. doi: 10.12263/DZXB.20200336

    XIU Jianjuan, ZHANG Jingyan, and DONG Kai. Precise tracking algorithm of space target based on dynamic model[J]. Acta Electronica Sinica, 2021, 49(4): 781–787. doi: 10.12263/DZXB.20200336
  • 加载中
图(11) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  261
  • HTML全文浏览量:  126
  • PDF下载量:  73
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-30
  • 修回日期:  2022-08-29
  • 网络出版日期:  2022-09-03
  • 刊出日期:  2023-03-10

目录

    /

    返回文章
    返回