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Rao-Blackwellized蒙特卡罗数据关联的检测跟踪联合优化

陈唯实 闫军 李敬

陈唯实, 闫军, 李敬等 . 基于Rao-Blackwellized蒙特卡罗数据关联的检测跟踪联合优化[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(4): 700-708. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0228
引用本文: 陈唯实, 闫军, 李敬等 . 基于Rao-Blackwellized蒙特卡罗数据关联的检测跟踪联合优化[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(4): 700-708. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0228
CHEN Weishi, YAN Jun, LI Jinget al. Joint optimization of detection and tracking with Rao-Blackwellized Monte Carlo data association[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(4): 700-708. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0228(in Chinese)
Citation: CHEN Weishi, YAN Jun, LI Jinget al. Joint optimization of detection and tracking with Rao-Blackwellized Monte Carlo data association[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(4): 700-708. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0228(in Chinese)

基于Rao-Blackwellized蒙特卡罗数据关联的检测跟踪联合优化

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0228
基金项目: 

国家自然科学基金委员会-中国民航局民航联合研究基金 U1633122

国家重点研发计划 2016YFC0800406

详细信息
    作者简介:

    陈唯实  男, 博士, 高级工程师。主要研究方向:低空空域安全监视、雷达目标检测与跟踪、机场安全运行技术

    通讯作者:

    陈唯实, E-mail: chenwsh@mail.castc.org.cn

  • 中图分类号: TN959.1

Joint optimization of detection and tracking with Rao-Blackwellized Monte Carlo data association

Funds: 

Joint Research Foundation of National Natural Science Foundation of China (NSFC) and Civil Aviation Administration of China (CAAC) U1633122

National Key R&D Program 2016YFC0800406

More Information
  • 摘要:

    提出了基于Rao-Blackwellized蒙特卡罗数据关联的雷达目标检测跟踪联合优化算法。Rao-Blackwellization方法将单目标跟踪与数据关联分开处理,将序贯蒙特卡罗方法(粒子滤波)用于数据关联,实现杂波与虚警量测中的多目标跟踪。同时,根据粒子的分布范围确定波门大小。在考虑粒子权重的前提下,利用检测单元与所有粒子的相对位置对检测门限进行修正,提高检测率。将本文算法与已经实现的基于空域特性的杂波抑制算法相结合,分别应用于仿真数据、S波段相参与非相参雷达实测数据。实验结果表明,本文算法能够在粒子数较少的情况下,实现对小弱目标的检测与跟踪。

     

  • 图 1  目标检测跟踪联合优化算法流程图

    Figure 1.  Flowchart of joint optimization algorithm for target detection and tracking

    图 2  雷达目标仿真运动轨迹

    Figure 2.  Simulation of radar target motion trajectory

    图 3  雷达目标仿真运动跟踪效果

    Figure 3.  Simulation results of radar target motion tracking

    图 4  S波段非相参雷达目标检测与跟踪结果

    Figure 4.  Target detection and tracking results of S-band incoherent radar

    图 5  S波段相参雷达无人机目标检测与跟踪结果

    Figure 5.  UAV target detection and tracking results of S-band coherent radar

    表  1  不同粒子数情况下模型1的RMSE值

    Table  1.   RMSE values of Model 1 with different numbers of particles

    θ RMSE
    N=10 N=50 N=100
    0.5 0.1287 0.1289 0.1294
    1.0 0.1314 0.1313 0.1318
    1.5 0.1342 0.1336 0.1347
    2.0 0.1375 0.1380 0.1375
    2.5 0.1406 0.1409 0.1408
    3.0 0.1437 0.1441 0.1446
    下载: 导出CSV

    表  2  不同粒子数情况下模型2的RMSE值

    Table  2.   RMSE values of Model 2 with different numbers of particles

    θ RMSE
    N=10 N=50 N=100
    0.5 0.1266 0.1265 0.1265
    1.0 0.1273 0.1270 0.1267
    1.5 0.1282 0.1279 0.1280
    2.0 0.1291 0.1296 0.1291
    2.5 0.1311 0.1305 0.1307
    3.0 0.1325 0.1328 0.1329
    下载: 导出CSV

    表  3  不同粒子数情况下模型3的RMSE值

    Table  3.   RMSE values of Model 3 with different numbers of particles

    θ RMSE
    N=10 N=50 N=100
    0.5 0.1266 0.1264 0.1264
    1.0 0.1264 0.1265 0.1264
    1.5 0.1268 0.1259 0.1267
    2.0 0.1270 0.1272 0.1271
    2.5 0.1284 0.1283 0.1282
    3.0 0.1291 0.1296 0.1285
    下载: 导出CSV

    表  4  不同粒子数情况下模型4的RMSE值

    Table  4.   RMSE values of Model 4 with different numbers of particles

    θ RMSE
    N=10 N=50 N=100
    0.5 0.1266 0.1269 0.1265
    1.0 0.1262 0.1258 0.1263
    1.5 0.1266 0.1265 0.1262
    2.0 0.1263 0.1265 0.1260
    2.5 0.1272 0.1266 0.1272
    3.0 0.1275 0.1275 0.1275
    下载: 导出CSV

    表  5  S波段非相参雷达目标检测结果对比

    Table  5.   Comparison of target detection results of S-band incoherent radar

    θ FT+MP CA-CFAR+MP SO-CFAR+MP 本文算法+MP
    Nd Nfa Nd Nfa Nd Nfa Nd Nfa
    30 119 16030 114 3320 119 16053 120 3504
    40 119 9357 114 2469 119 9368 120 1032
    50 116 5674 113 1886 116 5679 120 329
    60 114 3539 111 1492 114 3541 120 105
    70 112 2077 109 1124 112 2077 120 36
    80 112 1197 110 774 112 1197 119 16
    90 109 645 107 473 109 645 119 10
    100 108 331 107 284 108 331 119 6
    110 106 147 105 136 106 147 119 3
    120 104 44 104 41 104 44 119 1
    下载: 导出CSV

    表  6  S波段相参雷达无人机目标检测结果对比

    Table  6.   Comparison of UAV target detection results of S-band coherent radar

    θ FT算法 本文算法
    Nd Nfa Nd Nfa
    0.01 327 21 339 21
    0.02 273 21 339 21
    0.03 201 17 339 17
    下载: 导出CSV
  • [1] 韩崇昭, 朱洪艳, 段战胜, 等.多源信息融合[M].北京:清华大学出版社, 2006:320-365.

    HAN C Z, ZHU H Y, DUAN Z S, et al.Multi-source information fusion[M]. Beijing:Tsinghua University Press, 2006:320-365(in Chinese).
    [2] ASLAN M S, SARANL A.Threshold optimization for tracking a nonmaneuvering target[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2011, 37(2):2844-2859.
    [3] 吕信明.军用无人机的发展及对策[J].国防科技, 2013, 34(1):5-7. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gfkj201301002

    LV X M.Military UAV development and countermeasures[J]. National Defense Science & Technology, 2013, 34(1):5-7(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=gfkj201301002
    [4] 何煦.对低空小型无人机的对抗方法研究[J].中国新通信, 2016, 18(15):147-149. doi: 10.3969/j.issn.1673-4866.2016.15.123

    HE X.Research on countermeasures against low-altitude small UAV[J]. China New Telecommunications, 2016, 18(15):147-149(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-4866.2016.15.123
    [5] RICHARDS M A.Fundamentals of radar signal processing[M]. New York:McGraw-Hill, 2005:1-15.
    [6] SKOLNIK M I.Introduction to radar systems[M]. New York:McGraw-Hill, 2002:5-10.
    [7] BAR-SHALOM Y, LI X R, KIRUBARAJAN T. Estimation with application to tracking and navigation: Theory algorithms and software[M]. New York: John Wiley & Sons, Inc., 2001: 35-42.
    [8] LI X R, JILKOV V P.Survey of maneuvering target tracking, Part Ⅴ:Multiple-model methods[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2005, 41(4):1255-1321. doi: 10.1109/TAES.2005.1561886
    [9] BLACKMAN S S.Multiple hypothesis tracking for multiple target tracking[J]. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2004, 19(1-2):5-18.
    [10] 王云奇. 知识辅助检测跟踪一体化算法研究[D]. 成都: 电子科技大学, 2014: 4-12.

    WANG Y Q. Research of detection-tracking-integration algorithm with knowledge-aided[D]. Chengdu: University of Electronic Science and Technology of China, 2014: 4-12(in Chinese).
    [11] 刘红亮, 周生华, 刘宏伟, 等.一种航迹恒虚警的目标检测跟踪一体化算法[J].电子与信息学报, 2016, 38(5):1072-1078. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DZYX201605008.htm

    LIU H L, ZHOU S H, LIU H W, et al.An integrated target detection and tracking algorithm with constant track false alarm rate[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2016, 38(5):1072-1078(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DZYX201605008.htm
    [12] 严俊坤, 刘红亮, 戴奉周, 等.一种具有恒虚警性质的检测跟踪联合处理算法[J].电子与信息学报, 2014, 36(11):2666-2671. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DZYX201411021.htm

    YAN J K, LIU H L, DAI F Z, et al.Joint detection and tracking processing algorithm with constant false alarm rate property[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2014, 36(11):2666-2671(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-DZYX201411021.htm
    [13] 闫学昭. 雷达目标检测与跟踪交互处理[D]. 大连: 大连海事大学, 2011: 35-40.

    YAN X Z. Radar target detection and tracking interactive processing[D]. Dalian: Dalian Maritime University, 2011: 35-40(in Chinese).
    [14] KOKKALA J, SÄRKKÄ S.Combining particle MCMC with Rao-Blackwellized Monte Carlo data association for parameter estimation in multiple target tracking[J]. Digital Signal Processing, 2015, 47:84-95. doi: 10.1016/j.dsp.2015.04.004
    [15] MCHUGH J M, KONRAD J, SALIGRAMA V, et al.Foreground-adaptive background subtraction[J]. IEEE Signal Processing Letters, 2009, 16(5):390-393. doi: 10.1109/LSP.2009.2016447
    [16] STAUFFER C, GRIMSON E.Learning patterns of activity using real-time tracking[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2000, 22(8):747-757. doi: 10.1109/34.868677
    [17] 黄培康, 殷红成, 许小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社, 2005:114.

    HUANG P K, YIN H C, XU X J.Radar target characteristics[M]. Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2005:114(in Chinese).
    [18] 陈唯实, 李敬.基于空域特性的低空空域雷达目标检测[J].航空学报, 2015, 36(9):3060-3068. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkxb201509028

    CHEN W S, LI J.Radar target detection in low-altitude airspace with spatial features[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2015, 36(9):3060-3068(in Chinese). http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hkxb201509028
    [19] GONZALEZ R C, WOODS R E, EDDINS S L.Digital image processing using MATLAB[M]. Englewood Cliffs:Prentice Hall, 2009:261-268.
  • 加载中
图(5) / 表(6)
计量
  • 文章访问数:  410
  • HTML全文浏览量:  8
  • PDF下载量:  431
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-13
  • 录用日期:  2017-07-21
  • 刊出日期:  2018-04-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答