优文推荐 | 多源传感器箱粒子LMB滤波算法

文摘   科技   2024-06-28 16:22   陕西  


NO.1 论文简介


随着复杂跟踪场景的大量涌现,常规多源传感器多目标跟踪算法存在计算量大、跟踪精度低、无法估计目标航迹等不足,已无法满足现代战争的需求。本文以主动传感器和被动传感器组成的多源传感器系统为背景,重点研究多源传感器多目标跟踪问题的实现算法。针对“多主动+多被动”多源传感器系统量测无法充分融合且整体算法计算复杂度较高的问题,提出一种多源传感器箱粒子标签多伯努利(MS-BPF-LMB)滤波算法。首先,对传感器依据不同主动传感器进行分组,即将所有传感器划分为若干“单主动+多被动”传感器组;然后,通过并行运算,对各传感器组运用基于角度关联的多传感器信息融合算法,得到跟踪所需的有效量测;最后,在跟踪滤波阶段,通过引入箱粒子滤波数值计算方法,将获取的量测点划分为若干箱粒子,并对箱粒子滤波下的多传感器量测更新系数进行重新定义,以较低的计算复杂度实现LMB(Labeled multi-Bernoulli,LMB)滤波。

NO.2 主要贡献


(1)采用少数主动传感器和多数被动传感器组成多源传感器系统,并采用分组的方式使各传感器组量测得到融合,使融合场景更具一般性;

(2)现有基于LMB的箱粒子实现算法是针对单传感器提出的,对多传感器系统并不适用,本文通过对箱粒子更新环节中的部分公式重新定义,使其适用于多源传感器系统,解决了LMB滤波所涉及复杂积分而无法求解、多传感器相关算法计算复杂度较高以及多主动多被动传感器融合的问题;
(3)针对二维运动场景的局限性,仿真中将运动区域扩展到高度固定的三维立体空间,使运动场景更符合实际要求。

NO.3 研究结论


将本文所提MS-BPF-LMB算法与传统多传感器序贯蒙特卡洛LMB(Multi-sensor sequential Monte Carlo LMB,MS-SMC-LMB)滤波算法、多主动传感器(Active sensor,AS)滤波算法和传统GCI融合算法进行对比,100次蒙特卡洛实验的平均最优子模式分配(Optimal sub-pattern assignment,OSPA)距离和所用时间如图1和表1所示:

图1  RCT模型100次蒙特卡洛实验仿真结果

表1  RCT模型算法运行时间

仿真结果显示,如图1(a)所示为势估计均值(目标数估计),其中MS-BPF-LMB算法和MS-SMC-LMB算法在目标数估计方面性能接近,而MS-BPF-LMB算法更为准确。100次蒙特卡洛实验的OSPA距离如图1(b)-(d)所示,其中,如图1(b)所示,MS-BPF-LMB算法的OSPA距离基本小于MS-SMC-LMB算法的OSPA距离;如图1(c)所示,位置误差方面,在所有时刻,MS-BPF-LMB算法都具有更小的误差;如图1(d)所示,势误差方面,MS-BPF-LMB算法的误差与MS-SMC-LMB算法的误差相当。
对比AS-BPF-LMB算法和所提MS-BPF-LMB算法的仿真结果可以发现,本文所提算法的融合精度相比单传感器有巨大提升,但同时因涉及多源传感器量测融合和修正,导致整体算法的计算复杂度略有提高。此外,对比传统MS-GCI-LMB算法和所提算法的OSPA距离和算法运行时间(如表1所示)可知,本文所提算法不仅提高了融合精度,同时也大幅降低了计算复杂度。
综合考虑位置误差、目标数估计以及算法的运行时间,可以看出,在其他参数相同的情况下,MS-BPF-LMB算法在RCT模型中的跟踪性能优于MS-SMC-LMB算法,在更低计算复杂度的前提下,能提升目标的跟踪精度。同时,本文所提算法较传统GCI融合算法,在融合精度和算法复杂度方面均有大幅提升。

NO.4 论文资助


  • 国家自然科学基金(62276204,62306222)

  • 博士后特别资助(2020T130494)

  • 陕西省自然科学基金(2022JM-340,2023-JC-QN-0710)

NO.5 作者介绍


团队主要致力于多源智能信息融合理论与技术、智能信息感知理论与技术、信息综合处理系统与应用等方向的战略性、前瞻性、前沿性基础研究和应用研究。研究方向主要有:多源信息融合、目标检测、跟踪、识别等;所属一级学科:电子科学与技术和控制科学与工程;依托平台基地:(1)陕西省“四主体一联合”智能频谱感知与信息融合校企联合研究中心;(2)陕西省“四主体一联合”智能蜂群无人机工程技术校企联合研究中心;(3)西安市智能频谱感知与信息融合重点实验室。




·引用格式·


张永权, 李志彬, 张文博, 苏镇镇. 多源传感器箱粒子LMB滤波算法(2024) [J/OL]. 西安电子科技大学学报, [2024-02-27]. https://doi.org/10.19665/j.issn1001-2400.20240104

· 原文链接 ·  



“扫描二维码查看原文”

https://doi.org/10.19665/j.issn1001-2400.20240104


   编辑:许瀚樱

校对:杨   薇

   审核:牛姗姗


· 优文推荐 · ·
优文推荐 | 机器学习在WSN入侵检测中的应用研究

优文推荐 | 边缘协作环境下最小化完工时间任务调度方法

优文推荐 | 融合注意力谱非局部块的视网膜图像质量分级

优文推荐 | 面向动态博弈的k-匿名隐私保护数据共享方案

优文推荐 | 多用户环境的区块链可搜索加密方案

优文推荐 | 混沌映射与中国剩余定理增强的切换认证方案

优文推荐 | 基于多尺度特征信息融合的时间序列异常检测

优文推荐 | 主被动协同定位空能资源优化配置方法

优文推荐 | 高阶S21拟合策略在耦合矩阵提取方法中的运用

优文推荐 | 图文跨模态检索的联合特征方法

· 优文推荐 2024年第3期 ·
优文推荐 | 基于多注意力机制的纹理感知视频修复方法

优文推荐 | 6G业务场景的不完全多视图聚类分析

优文推荐 | 面向带宽受限场景的高效语义通信方法

优文推荐 | LowMC在BGV全同态加密环境下的噪声评估

优文推荐 | 基于多边形特征池化与融合的复杂文本检测

优文推荐 | 一种支持交易筛选的高性能智能合约测试方案

优文推荐 | 叠加导频传输无标识随机接入方案研究

优文推荐 | 一种自注意力序列模型的视频流长期预测方法


· 推荐阅读 ·

目录 | 《西安电子科技大学学报》2024年第51卷第2期

目录 | 《西安电子科技大学学报》2024年第51卷第1期

目录 | 《西安电子科技大学学报》2023年第50卷第6期

目录 | 《西安电子科技大学学报》2023年第50卷第5期

目录 | 《西安电子科技大学学报》2023年第50卷第4期



-  联系我们 -

西安电子科技大学学报网址:
https://journal_xdxb.xidian.edu.cn
在线投稿:
https://journal.xidian.edu.cn/Journalx_xidian
电话:
(029)88202853
邮箱:

xuebao@mail.xidian.edu.cn



西安电子科技大学学报
《西安电子科技大学学报》由西安电子科技大学主办,创刊于1955年。是工程索引数据库(EI)全部收录期刊、中国科学引文数据库(CSCD)全部收录期刊,在电子信息科学领域具有很高的学术声誉和影响力。
 最新文章