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用于非线性机动目标跟踪的新型IMM算法1
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引言目标跟踪是指对目标的运动状态进行估计和预测。机动目标跟踪系统通常是非线性而且不完全观测的, 因此每一时刻的目标机动性都是高度不确定的。当目标的运动模型简单固
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文章编号: 1671- 637 ( 2008) 08001406
用于非线性机动目标跟踪的新型 IMM 算法
孙庆鹏, 孔祥维, 卢聪聪, 邓江安
( 大连理工大学信息学院, 辽宁 大连 116024)
摘 要: 针对在非线性机动目标跟踪中存在的滤波器易发散、机动检测有延迟等问题, 把
Unscented Kalman Filter(UKF) 引进到交互多模型算法( IMM) 中, 设计了交互多模型 UKF 滤波器。并
利用目标运动模型集概率的相对变化率设计了自适应交互多模型UKF 滤波器, 最后进行了计算机
仿真。蒙特卡罗仿真结果表明, 两种滤波算法都具备UKF 滤波器精度高、稳定性好、不易发散的优
点, 同时不需了解目标机动的先验信息, 适合于实际应用; 并且自适应交互多模型UKF 滤波器具有
更好的跟踪效果。
关 键 词: 机动目标跟踪; 自适应滤波; 交互多模型算法
中图分类号: V271. 4; TN971 文献标识码: A
Two new IMM algorithms for nonlinear
maneuvering target tracking
SUN Qingpeng, KONG Xiangwei, LU Congcong, DENG Jiangan
( Dalian University of Technology, Dalian 116024, China )
Abstract: In nonlinear maneuvering target tracking, the tracking filters are liable to diverge or have detecting
delays. To solve the problem, an Interacting Multiple Model( IMM) U nscented Kalman Filter ( UKF) is de
signed by introducing UKF into IMM algorithm. And a new adapt ive interacting multiple model UKF algorithm
is also designed by using the relative variance ratio of the probability of target motion model set. The Monte
Carlo simulation results indicate that both the two proposed IMM filters do not rely on a prior knowledge about
the target mot ion, and have the advantages of high accuracy and good stability. At the same time, they almost do
not diverge, which will be effective in realtime target tracking. The adaptive interacting multiple model UKF
presents better tracking performance.
Key words: maneuvering target tracking; adaptive filter; interact ing multiple model algorithm
0 引言
目标跟踪是指对目标的运动状态进行估计和预
测。机动目标跟踪系统通常是非线性而且不完全观
测的, 因此每一时刻的目标机动性都是高度不确定
的。当目标的运动模型简单固定时, 基于均方误差
最小准则的 Kalman 滤波器有很好的估计预测效果。
但当目标做机动运动时, 模型固定的Kalman 滤波器
就不能对目标状态进行很好的估计。
收稿日期: 20070629 修回日期: 20070709
作者简介: 孙庆鹏( 1982- ) , 男, 吉林通化人 , 硕士 生, 主要研
究方向为传感器目标跟踪。
为了解决这个问题, 常用的方法是采用自适应
滤波器。在众多的自适应滤波器当中, Blom 和Bar-
Shalom
[ 1 ]
提出的交互多模型跟踪算法( IMM ) 是目
前性价比最高的机动目标跟踪算法之一。该方法是
一种基于 软切换!的机动目标跟踪算法, 对于不同
的目标运动状态或同一个目标的不同运动阶段应用
不同的模型滤波。各模型滤波器通过估计状态的组
合实现相互作用, 模型之间采用马尔科夫链进行切
换, 各模型滤波器估计的加权作为最后的滤波状态
估计。根据 IMM 算法的思想, 若想使算法对目标跟
踪有效, 所选模型集合应该覆盖现实环境中大范围
的可能机动, 即模型集合应尽可能大。但是过多模
型的使用可能引起模型之间不必要的竞争, 延迟正
第 15 卷第 8 期
2008 年 8 月
电光与控制
Electronics Optics & Control
Vol. 15 No. 8
Aug. 2008
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