[发明专利]一种基于分布式架构的非合作多目标航迹推算方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式架构的非合作多目标航迹推算方法，包括多目标跟踪中的动态信源调度策略以及分布式两层粒子逼近多目标位置估计算法。在动静态混合的交互式有源主动探测架构作为跟踪系统中信息采集的基础设施，仅需随机部署多个独立的传感器为其提供距离量测信息，而不需要部署传感器阵列附加角度等其他定位信息，结构简单，使用方便；以动态信源调度策略为基础能够为算法提供更多的确定性信息，进而简化算法复杂度并且提高多目标定位精度；提出的采用的分布式架构及算法中唤醒和睡眠的策略能够有效延长无线定位系统的生命周期，具有良好的经济和社会效益。本发明可广泛应用于水下或空中场景下的入侵监测和编队目标跟踪等非合作目标跟踪领域。

技术领域

本发明涉及定位跟踪技术，尤其是一种基于无线通信技术及多传感器平台的三维非合作式多目标定位跟踪方法。

背景技术

基于无线通信的非合作式多目标跟踪技术因能满足如国土预警、海洋监视、空中交通管制等多种场景和应用下的基本需求而被相关技术人员广泛研究。非合作的定位方式面向的对象往往是不能与基站通信的异构目标。这种目标的特性使得定位过程更加复杂，其定位方式并不是依靠节点之间的信息传递进行定位，而是通过分析多组返回波的状态来估计未知目标的位置信息。

现有的多目标跟踪方法存在一下几点方面的不足。首先集中式架构计算量大导致的实时性问题。现有算法大都采用集中式的定位策略，所有量测数据的处理过程仅由某个节点来完成，这样做的结果不仅无法保证数据处理的实时性，而且还会导致网络中能耗的不平均而缩短整体系统的生命周期。其次现有算法呈现两极化发展，复杂度高的算法计算量过大，而复杂度低的算法准确度不高。这是由于现有方法中提供的确定性信息有限，如目标数目，多目标的初始位置等信息都需要算法对其进行估计。这样复杂的算法结构往往会带来很大的计算量。而简单的使用阈值法进行估计又缺乏准确性。另外传统方法中对量测信息的种类往往有着严格的要求，这就需要提供相应的硬件平台支持，限定的基础设施架构降低了算法的普适度。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高多目标定位数据关联准确率的基于分布式架构的非合作多目标航迹推算方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明主要包括分布在监测区域中的多个硬件结构相同的通信节点；通过人为定义通信节点的不同角色以达到改变整体网络架构的目的，通信节点分为调度中心节点、静态主节点、动态主节点和普通节点，静态主节点和动态主节点属于融合中心级，普通节点属于传感器级；

所述方法包括动态信源调度策略和位置跟踪算法两个部分；

动态信源调度策略为其中的每个目标分配一个伺服跟踪系统，多个目标的伺服系统中采用不同的通信频率且相互独立，其目的是完成多目标定位到单目标定位的转换过程；伺服跟踪系统是指由多个传感器组成、专为某个物理分布独立的单一目标配置的局部定位系统，伺服系统中包括一个动态主节点及几个与之配合定位的普通节点；

将监测系统从低到高分为基础信息采集层、位置决定层和决策调度层；基础信息采集层中通过节点互相合作获取必要的距离量测信息；位置决定层中以基础信息采集层中对目标的距离量测作为依据，以历史航迹作为参考，运用多目标识别算法，为决策层提供实时准确的多个目标的运动状态；决策调度层利用下层提供的位置信息预测多个目标的运动行为，并参考预测信息通过控制参考节点的休眠或唤醒，来指定距离预测位置最近的几个节点分别作为动态主节点及相应的普通节点。

进一步的，动态信源调度分为以下几个步骤：

在初始化信息准备阶段，每个参考节点利用合作式定位的方法估计自身的坐标位置；所有参考节点都要在一段时间内构建滤除环境虚警的静态向量表；决策调度层选择中心区域的一个节点作为静态主节点用于实时监测新生目标；

步骤1，初始化阶段静态主节点通过发射并接收信号记录环境初始状态，静态向量表用于存放初始状态，并在定位过程中滤除环境噪声；