第十一講航跡融合

1、智能信息處理技術，第11講軌道融合方法，智能信息處理技術，2。主要內容，1。軌道融合結構，3。航跡狀態(tài)估計融合，智能信息處理技術，3。軌道融合結構，1。局部航跡和局部航跡融合結構(傳感器航跡和傳感器航跡融合結構)，2。本地軌道與系統(tǒng)軌道融合結構，智能信息處理技術，4，1。本地軌道和本地軌道融合。圖中上下兩排圓圈代表兩個局部傳感器的跟蹤外推節(jié)點，中間一排圓圈代表融合中心的融合節(jié)點。從左到右，它指示了前進的方向。智能信息處理技術，5、特征，1)不同傳感器的局部軌跡在同一時刻在融合節(jié)點關聯(lián)融合，形成系統(tǒng)軌跡；2)該結構不使用航跡融合過程中前一時刻系統(tǒng)航跡的狀態(tài)估計；智能信息處理技術，6、3)該結構不

2、涉及相關估計誤差的問題，是一種無存儲操作；4)相關性和軌跡估計誤差不會從一個時間傳輸?shù)较乱粋€時間；智能信息處理技術，7、5)操作簡單，不考慮信息去相關問題；6)由于沒有利用系統(tǒng)航跡融合結果的先驗信息，性能可能不如局部航跡和系統(tǒng)航跡融合結構。智能信息處理技術，8，2，局部軌跡與系統(tǒng)軌跡的融合，智能信息處理技術，9，特征，1)只要融合中心節(jié)點接收到一組局部軌跡，融合算法就將前一時刻系統(tǒng)軌跡的狀態(tài)外推至接收到局部軌跡的時刻；2)與新接收的本地軌跡關聯(lián)融合，獲得當前系統(tǒng)軌跡的狀態(tài)估計，形成系統(tǒng)軌跡；3)當接收到另一組本地軌道時，重復上述過程；10、4)智能信息處理技術必須面對相關估計誤差的問題；在圖中

3、，在點A的本地軌道和點B的系統(tǒng)軌道之間存在相關誤差，因為它們都與點C的信息相關.實際上，由于過去的相關或融合處理誤差，系統(tǒng)跟蹤中的任何誤差都會影響未來的融合性能。必須采用去相關算法來消除相關誤差。智能信息處理技術。其次，航跡融合中的相關估計誤差問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1)兩條融合航跡的估計誤差不相關，融合相對簡單。估計值被視為具有獨立誤差的觀測值，并與其他估計值相結合。相關和卡爾曼濾波等標準方法可用于航跡融合。2)兩條軌道的估計誤差之間存在相關性。智能信息處理技術，12，1，兩條軌道具有在先公共信息源，智能信息處理技術，13，特征，1)當本地軌道與系統(tǒng)軌道相關聯(lián)時，通常存在兩條軌道具有在先

4、公共信息源的情況；2)假設軌道已經(jīng)被發(fā)送到公共時間節(jié)點；3)融合節(jié)點包含所有預處理信息，即包括跟蹤觀測和跟蹤；4)傳感器軌跡估計和系統(tǒng)軌跡估計包括以前發(fā)送的傳感器軌跡估計。5)在信息圖過程中，只要從觀察點軌跡到融合節(jié)點有多條路徑，就與信息源有關聯(lián)。智能信息處理技術，15，2，常見過程噪聲引起的相關估計誤差，常見過程噪聲：在傳感器航跡融合過程中，當目標的動態(tài)特性不確定時，會形成常見過程噪聲。智能信息處理技術，16，功能：常見的過程噪聲使得來自兩個傳感器的測量不獨立，導致來自兩個傳感器的估計誤差不獨立。當相關跟蹤和組合相關狀態(tài)時，必須考慮相關的估計誤差。智能信息處理技術，17，3，航跡狀態(tài)估計融合

5、，航跡融合的主要內容：航跡關聯(lián)、航跡狀態(tài)估計和融合協(xié)方差計算航跡關聯(lián)表明兩條航跡以較高的概率來自同一目標，然后將關聯(lián)航跡按照一定的準則進行融合，形成系統(tǒng)航跡；融合后計算航跡狀態(tài)和協(xié)方差，實現(xiàn)航跡更新。智能信息處理技術，18，描述，1)假設兩條航跡分別具有狀態(tài)估計、誤差協(xié)方差和互協(xié)方差矩陣，2)估計融合問題：尋找最優(yōu)估計和誤差協(xié)方差矩陣。4)傳感器軌道進入系統(tǒng)軌道融合結構，兩條軌道中的一條為系統(tǒng)軌道，另一條為傳感器軌道。智能信息處理技術，20，1，簡單航跡融合(SF)，前提：兩個航跡狀態(tài)估計的互協(xié)方差可以忽略，即智能信息處理技術，21，系統(tǒng)狀態(tài)估計：系統(tǒng)誤差協(xié)方差：智能信息處理技術，22，假設有

6、，它們的相互關系如圖所示，智能信息處理技術，23，P，當互協(xié)方差為0時2)當估計誤差相關時，它是準最優(yōu)的；3)當兩條航跡都是傳感器航跡且沒有過程噪聲時，融合算法最好，與利用傳感器觀測的直接融合結果相同；4)融合網(wǎng)絡不應有反饋。智能信息處理技術，25，通用形式如果融合系統(tǒng)由N個傳感器組成，很容易推廣到通用形式。狀態(tài)估計：智能信息處理技術，26，每個傳感器的估計權值，誤差協(xié)方差：智能信息處理技術，27，2，協(xié)方差加權航跡融合(WCF)，前提：兩個航跡估計的互協(xié)方差不可忽略，即智能信息處理技術，28，兩個傳感器的兩個估計值之差I和J用下面的公式表示：則dij的協(xié)方差矩陣為：智能信息處理技術，29，系

7、統(tǒng)狀態(tài)估計，系統(tǒng)誤差協(xié)方差，智能信息處理技術，30，其中k是卡爾曼濾波器增益，狀態(tài)轉移矩陣，q是噪聲協(xié)方差矩陣，h是觀測矩陣。這種方法只有在最大可能性的意義上才是最好的。當使用卡爾曼濾波器作為估計器時，互協(xié)方差Pij和Pji可以通過以下公式計算：PIJ(k)=(1-KH)(PIJ(k-1)TQ)(1-KH)T，智能信息處理技術，31，應用特性，1)當互協(xié)方差被忽略時，協(xié)方差加權融合將退化2)它可以控制公共過程噪聲；3)需要計算互協(xié)方差矩陣；智能信息處理技術，32，4)對于線性時不變系統(tǒng)，可以離線計算互協(xié)方差；5)需要卡爾曼濾波器增益和觀測矩陣的全部歷史，并且它們必須被發(fā)送到融合中心。智能信息處

8、理技術，33，3，自適應航跡融合，設計數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)時要考慮的因素：1)實現(xiàn)系統(tǒng)性能，采用好的算法，2)計算量，計算機的承載能力，3)系統(tǒng)的通信能力，4)解決系統(tǒng)特性和要求的變化：采用自適應航跡融合，智能信息處理技術，34)自適應航跡融合的結構，以及智能信息處理技術， 35融合原理：1)傳感器1和2將觀測值發(fā)送到兩個本地跟蹤器，并與本地跟蹤器一起形成兩個本地融合節(jié)點，以形成本地軌跡估計并將其發(fā)送到融合中心節(jié)點； 2)融合中心節(jié)點(決策邏輯)根據(jù)規(guī)則選擇融合算法；3)融合中心節(jié)點根據(jù)選擇的算法對本地節(jié)點發(fā)送的本地軌跡進行融合計算，并給出全局估計。智能信息處理技術，36，決策邏輯，根據(jù)D1和D2兩個

9、決策統(tǒng)計距離和決策樹，決策樹如圖所示：智能信息處理技術，37，決策過程，1)根據(jù)本地節(jié)點發(fā)送的本地軌跡計算統(tǒng)計距離D1；2)如果D1小于給定的閾值T1，則全局估計等于局部估計之一；3)如果D1大于T1，則計算統(tǒng)計距離D2，使D2小于給定的閾值T2，并將SF的結果作為全局估計；4)如果D2大于T2，使用WCF結果作為全局估計。智能信息處理技術，38，特征，基于簡單航跡融合和協(xié)方差加權航跡融合算法。智能信息處理技術，39，統(tǒng)計距離D1，定義：通過SF算法獲得的本地軌跡和系統(tǒng)軌跡估計之間的距離。智能信息處理技術，40，因為P1 PSF=P1(P1 P2)-1(P1 2P2)，那么，智能信息處理技術，

10、41，解釋，1)融合估計是兩個局部估計及其誤差協(xié)方差的函數(shù)，D1進化到與兩個局部估計及其誤差協(xié)方差相關；2)D1測量本地軌道1和本地軌道2的接近度；智能信息處理技術，42，3)如果兩個局部軌跡觀測來自同一個目標，D1小于某個閾值，這表明由局部傳感器給出的兩個軌跡非常接近，因此不需要執(zhí)行軌跡融合操作，并且其中一個用作全局估計；如果兩個傳感器的分辨率不同，則高分辨率傳感器的軌跡作為全局軌跡。43、智能信息處理技術，閾值T1的確定是根據(jù)兩條本地軌道之間的最大允許距離來確定的；如果統(tǒng)計距離大于它，它需要被融合。智能信息處理技術，44，統(tǒng)計距離D2，定義：通過WCF算法獲得的本地軌跡和系統(tǒng)軌跡估計器之間

11、的距離。智能信息處理技術，45，利用，其中，最后，智能信息處理技術，46，解釋，1)D2涉及兩個局部軌跡的估計，誤差協(xié)方差矩陣和互協(xié)方差；2)D2小于閾值T2，用SF融合兩條局部航跡，表明兩條航跡的互協(xié)方差很小，接近于0；智能信息處理技術，47、3) D2大于T2閾值，采用WCF方法融合兩條局部航跡，且兩條航跡之間存在互協(xié)方差；這是應該使用WCF方法的條件。4)統(tǒng)計距離D2是兩個本地軌道之間是否存在交叉方差的度量。智能信息處理技術，48，通過自適應方法完成的任務，1)當兩個本地軌道之間的統(tǒng)計距離D1小于T1時，沒有必要融合兩個本地軌道。選擇一個作為全局軌道，或者選擇高質量的軌道作為全局軌道；2

12、)當兩個局部軌跡之間的統(tǒng)計距離D2小于T2時，兩個局部軌跡之間的互協(xié)方差很小，甚至等于0。SF算法可用于融合兩個局部軌跡。智能信息處理技術，49、3)當兩個局部軌跡之間的統(tǒng)計距離D2大于T2時，兩個局部軌跡之間存在互協(xié)方差，因此可以使用WCF算法來融合這兩個局部軌跡。實現(xiàn)系統(tǒng)對環(huán)境的自適應。智能信息處理技術，50，4。信息去相關算法1。識別消除法的核心思想是識別融合中涉及的兩個估計公共信息，并在融合中消除它們。當一個軌道是系統(tǒng)軌道而另一個是傳感器軌道時，這種方法很有用。狀態(tài)融合估計算法由以下公式給出：狀態(tài)估計：智能信息處理技術，51，誤差協(xié)方差：是傳感器軌跡最終發(fā)送到系統(tǒng)軌跡的狀態(tài)估計和誤差協(xié)

13、方差。傳感器軌跡和系統(tǒng)軌跡都包括這個公共信息，它是融合算法的附加信息。為了避免對結果的雙重影響，有必要從結果中消除它。該方法基于分布式收斂，支持任何類型的收斂和通信結構，包括帶反饋的收斂。前面介紹的信息圖可以用來識別兩個估計的公共信息，避免重復計算。Int智能信息處理技術53，由于重新啟動本地跟蹤器，本地軌道狀態(tài)估計和全局軌道狀態(tài)估計不再共享公共信息，并且從每個軌道到融合節(jié)點只有一條唯一的路徑，從而消除了本地軌道和系統(tǒng)軌道之間的相關性。在傳感器軌道被發(fā)送以與系統(tǒng)軌道合并之后，本地過濾器用新軌道重新啟動。這些軌跡的估計與系統(tǒng)軌跡解相關，并且很容易與系統(tǒng)軌跡融合。智能信息處理技術，54。這種方法的優(yōu)點是簡單，缺點是需要修改傳感器的當前跟蹤算法。關鍵工作過程：無論是哪一條局部軌跡，只要其局部狀態(tài)被發(fā)送到融合節(jié)點與系統(tǒng)軌跡融合，局部軌跡就會放棄所有先前的信息，重新啟動濾波，即重新初始化。這保證了當本地軌道與系統(tǒng)軌道融合時沒有先驗信息源，從而達到去相關的目的。智能信息處理技術，55，3。在重啟全局跟蹤器的航跡融合中，主要問題是傳感器航跡和系統(tǒng)航跡的相關性。當傳感器航跡融合時，如果系統(tǒng)航跡的狀態(tài)估計不參與融合，則不存在相關問題。因為傳感器軌道已經(jīng)包含了到目前為止所有可能的測量值。這種全局估計是最好的。智能信息處理技術，56，重啟全局濾波，智能信息處理技術，57，在每個融合時刻，所獲得的全