[发明专利]一种结合姿态仪与毫米波雷达的无人船前方多目标跟踪检测方法

说明书

本发明公开了一种结合姿态仪与毫米波雷达的无人船前方多目标跟踪检测方法，属于雷达数据处理领域。首先，使用姿态仪获取本船艏向角，将障碍目标位置等信息变换到较为稳定的东‑北坐标系下，解决了船艏摆动导致目标位置信息发生非正常变化而影响目标关联的问题。然后，设置六维自适应、机动关联波门，通过两步关联法分两步进行目标关联，避免发生错误关联，实现了待定目标与已有目标的准确匹配，并进行目标信息更新，估计已丢失目标的信息。最后，通过生命周期法判断目标状态，筛选出连续多帧被测的有效目标。该方法有效滤除了虚假目标，并降低漏检率，为无人船自主避障提供更加准确的障碍目标信息。

技术领域

本发明涉及雷达数据处理领域，特别是涉及一种毫米波雷达多目标跟踪检测方法。

背景技术

实现无人船前方障碍目标准确检测是无人船进行自主作业的前提。毫米波雷达近距离检测精度较高，受光线等环境影响较小，应用于无人船前方障碍目标检测具有显著优势。然而受风浪影响，雷达会随无人船发生俯仰晃动，导致检测到海面并将其误识别为障碍目标，造成虚警，也可能导致小型目标脱离雷达检测视角范围，造成目标丢失。尽管通过恒虚警检测和相关凝聚方法等对雷达单帧检测数据进行处理，所得结果仍存在虚假目标，且小型目标易暂时丢失问题亦无法解决，威胁无人船的安全。因此，需要通过处理连续多帧检测数据对目标进行跟踪检测，滤除虚假目标并估计暂时丢失目标的状态信息，最终确定有效障碍目标。

现常用的跟踪检测技术中，概率数据关联仅适用于单目标跟踪检测；联合概率数据关联实时性较低，且易降低检测结果准确性；多假设跟踪依赖于先验知识，难以用于工程实际；最近邻关联较为简便，实时性较高，但通常仅依靠目标距离特征进行目标关联，可靠性较低。由于雷达检测结果均在雷达坐标系下表示，船艏摆动会使目标位置等信息发生非正常变化，从而无法进行准确目标关联，现有方法均未考虑此问题造成的影响。此外，在进行目标关联时，为减少计算量，提高实时性，通常会设置一个关联波门，当目标靠近时，现有波门设置技术容易造成错误关联，影响跟踪检测结果。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种结合姿态仪与毫米波雷达的无人船前方多目标跟踪检测方法。结合姿态仪实现待定目标坐标变换，预估已知目标特征信息，通过基于自适应关联波门的两步目标关联算法进行目标关联并更新目标信息，最后通过生命周期法确定有效障碍目标，实现多目标跟踪检测。

本发明所采用的具体技术方案是：

通过无人船安装的姿态仪获取本船当前艏向角，根据艏向角进行障碍目标坐标变换，将其变换到稳定的东-北坐标系下，得到待定目标(当前时刻雷达测得的目标)信息量测值。

根据已知目标(包括可疑、稳定和丢失的目标)在上一时刻的运动状态信息，预估其当前时刻的位置信息，得到已知目标信息预估值。

分别设置自适应初始、机动关联波门，提出两步目标关联算法，根据待定目标信息量测值和已知目标信息预估值分两步进行目标关联，实现待定目标与已知目标的准确匹配，并进行目标信息更新。

通过生命周期法确定各目标所处状态，包括：可疑的目标、稳定的目标、丢失的目标和消失的目标等四个状态，将稳定目标和丢失目标作为有效目标输出，从而得到当前时刻最终检测结果。

与现有技术相比，本发明提出的方法通过结合姿态仪进行待定目标坐标变换，有效的降低了无人船船艏摆动对跟踪检测造成的影响，通过基于自适应关联波门的两步目标关联算法，解决了当目标靠近时，自适应调整关联波门造成的错误关联问题，提高了跟踪检测结果的有效性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为障碍目标坐标变换示意图；

图3为基于自适应关联波门的分步目标关联算法流程图；

图4为基于生命周期法判断障碍目标状态流程图；