欧美在线观看视频网站,亚洲熟妇色自偷自拍另类,啪啪伊人网,中文字幕第13亚洲另类,中文成人久久久久影院免费观看 ,精品人妻人人做人人爽,亚洲a视频

一種水下目標主動跟蹤航跡起始方法與流程

文檔序號:12729425閱讀:428來源:國知局
一種水下目標主動跟蹤航跡起始方法與流程

本發(fā)明涉及水下機器人技術領域,具體的說是一種水下目標主動跟蹤航跡起始方法。



背景技術:

隨著海洋技術的迅速發(fā)展,對水下目標及時準確穩(wěn)定跟蹤成為海洋工程領域迫切的需求。然而水下環(huán)境不同于陸地環(huán)境,首先,水下存在著大量的雜波,這些雜波可能源于海洋背景環(huán)境,也可能源于聲納傳感器自身的噪聲,也有可能源于目標釋放的干擾。其次,聲納傳感器相對于其他高精度探測傳感器而言,量測精度不是很高。而且,聲納傳感器的量測周期一般比較長(主動聲納),因此,傳感器的量測誤差因素與目標的運動因素都有重要的影響,因此一些傳統(tǒng)的航跡起始方法不再適用,如批處理方法(Hough變換),啟發(fā)式的航跡起始方法,基本的邏輯起始方法。因此需要采用新的或者修正的航跡起始方法。無論何種起始方法,都涉及到波門門限的取值,傳統(tǒng)的航跡起始方法,因為不需要考慮量測誤差的因素,往往波門門限只取決于速度的約束,這在水下環(huán)境使用范圍有限。最后,在確定一條軌跡存在的同時,還需要對其進行估計初始值,因為現(xiàn)在大多數(shù)的濾波器均需要一個良好的初始值,如果初始值不準確的話,會導致隨后軌跡收斂較慢,甚至軌跡發(fā)散,跟丟目標。因此,航跡起始在水下目標跟蹤領域意義重大,同樣也是難點之一。



技術實現(xiàn)要素:

在復雜的海洋環(huán)境中,為了克服傳統(tǒng)的航跡起始方法無法準確快速地建立目標軌跡,并且無法獲得目標的初始狀態(tài),本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種水下目標主動跟蹤航跡起始方法,能夠適應于不同的海洋環(huán)境,自適應地調(diào)整波門門限,確定目標軌跡,并估計其初始狀態(tài)。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:一種水下目標主動跟蹤航跡起始方法,包括以下步驟:

周期性地通過AUV搭載的導航傳感器和聲納傳感器采集導航傳感器數(shù)據(jù)和聲納傳感器數(shù)據(jù),并進行校正;

根據(jù)聲納傳感器數(shù)據(jù)對海洋環(huán)境雜波密度進行評估,獲得評估值;

根據(jù)聲納量測點的位置計算波門門限;

按照航跡起始方法M/N規(guī)則判斷是否有潛在軌跡存在;如果有,那么新的聲納量測數(shù)據(jù)首先用于更新潛在軌跡,如果潛在軌跡被更新,則刪除對應已經(jīng)參與潛在軌跡更新的量測數(shù)據(jù),為每一個剩余的沒有參與軌跡更新的量測數(shù)據(jù)單獨起始一條潛在軌跡,并作為該潛在軌跡的第一個量測點;如果沒有,那么新的量測數(shù)據(jù)全部用于起始新的潛在軌跡;

隨著聲納量測數(shù)據(jù)的不斷更新,潛在軌跡也不斷更新,如果有潛在軌跡滿足航跡起始條件,則就可以認定其是一條確認軌跡;如果有潛在軌跡不滿足航跡起始條件,則認為此條潛在軌跡不能升級為一條確認軌跡,將這些不滿足要求的潛在軌跡刪除;

對所認定的確認軌跡進行初始化。

所述校正,包括空間位置校正和時間校正:

所述位置校正包括:

通過AUV搭載的導航傳感器獲得AUV的經(jīng)緯度信息或相對位置信息,將該信息轉換為直角坐標系下的位置信息;

通過AUV搭載的聲納傳感器獲得極坐標下的包含目標量測的量測數(shù)據(jù)集合,將該量測數(shù)據(jù)集合轉換為直角坐標系下的量測數(shù)據(jù)集合;

所述時間校正為:將數(shù)據(jù)采集周期設置為導航傳感器的工作周期,在聲納傳感器的工作周期到來時,將標志位的值設置為真;在聲納傳感器的工作周期未到來時,將標志位的值設置為假。

所述直角坐標系的原點為AUV開始工作的經(jīng)緯度所在的點。

所述將該量測數(shù)據(jù)集合轉換為直角坐標系下的量測數(shù)據(jù)集合,具體為:對極坐標系下包含目標的量測數(shù)據(jù)集合{(ρii)}進行無偏轉換,得到在直角坐標系下的量測數(shù)據(jù)集合:

其中,xTi和yTi表示第i個量測在直角坐標系下的位置,θm是聲納角度量測誤差1標準差,(xauv,yauv)為AUV在直角坐標系下的位置信息。

根據(jù)聲納傳感器數(shù)據(jù)對海洋環(huán)境雜波密度進行評估,獲得評估值,包括以下步驟:

在聲納每次量測周期內(nèi),記錄所有量測的個數(shù),并求出海洋環(huán)境的雜波密度;

記錄并保存單次雜波密度評估值,統(tǒng)計一段時間內(nèi)海洋環(huán)境雜波密度是否發(fā)生變化。

所述航跡起始條件為M/N規(guī)則,M表示有效匹配量測的次數(shù),N表示總的量測匹配次數(shù),即如果在不多于N次聲納量測更新中,有不小于M次量測,滿足波門規(guī)則,則可以認為此是一條軌跡。

所述M/N規(guī)則判斷是否有潛在軌跡存在,包括以下步驟:

將獨立的聲納量測點plast初步認為是一條潛在軌跡,此聲納量測點作為此條潛在軌跡的第一個點,也是此條潛在軌跡最近更新的量測點,有效量測次數(shù)為1,總的量測次數(shù)也為1,F(xiàn)lagNo的值設置為0;所述獨立的聲納量測點是指沒有參與更新確定軌跡或者潛在軌跡,所述FlagNo表示此條潛在軌跡連續(xù)沒有被聲納更新的次數(shù);

依據(jù)最近更新的量測點確定波門門限,此波門門限用于確定下次聲納量測與此條潛在軌跡匹配上的區(qū)域;所述波門門限規(guī)則為:

γ=k1·(FlagNo+1)·Vmax·T+k2·2·ρ (7)

其中,γ是波門門限,Vmax是目標的最大速度,T是聲納更新周期,ρ是最近更新的聲納量測的距離值,k1和k2是與海洋雜波密度有關的可變系數(shù);

在下一次聲納量測周期更新時,如果有一個聲納量測與此條潛在軌跡匹配上,即滿足下列不等式:

|plast-pnew|<γ (8)

其中,pnew是下一次聲納量測周期中的一個量測點,則更新此條潛在軌跡,并且FlagNo的值設置為0,有效量測次數(shù)加1,總的量測次數(shù)也加1,并將此匹配成功的點pnew作為此條軌跡最近更新的點plast,并依據(jù)最近更新的點,更新此條潛在軌跡的波門門限;如果下一次聲納量測周期中,所有的聲納量測點均不滿足式(8),則此條潛在軌跡此時此刻,并沒有被更新,則FlagNo加1,有效量測次數(shù)維持原先值不變,總的量測個數(shù)加1,plast也保持不變,更新波門門限。

所述對確認軌跡進行初始化,包括:

采用最小二乘法估計所述確認軌跡的初始值;

采用二次函數(shù)擬合,確定此條確認軌跡的初始協(xié)方差矩陣。

所述采用最小二乘法估計所述確認軌跡的初始值,包括以下步驟:

假設軌跡在時刻i的初始狀態(tài)為Xi=[xi,vxi,yi,vyi]',其維數(shù)為4,狀態(tài)Xi的觀測是Zi,即

Zi=HiXi+Vi (9)

Zi=[xi,yi]是第i時刻二維量測向量,Hi是量測矩陣,Vi是量測誤差協(xié)方差矩陣,Xi是狀態(tài)值,xi是橫坐標位置,vxi是橫坐標速度,yi是縱坐標位置,vyi是縱坐標速度,則有:

而且狀態(tài)轉移矩陣為F:

第i時刻與第i+1時刻滿足如下關系式

Xi+1=F·Xi (13)

依據(jù)式(11-13)將其合并為一個矩陣等式

Z=HX+V (14)

其中Z和V是列向量,維數(shù)為M,H是2×M行4列矩陣,則等式(11)的最小二乘法解為:

所述采用二次函數(shù)擬合,確定此條確認軌跡的初始協(xié)方差矩陣,具體為:

初始協(xié)方差矩陣用對角陣來近似,即PX=diag(px,pvx,py,pvy),對角陣中對角線上的元素與其估計初始位置到AUV的距離成二次函數(shù)關系;建立初始協(xié)方差對角陣元素與初始狀態(tài)之間的關系,如下關系式:

px=py=0.00014885208·dis2-0.064694135112·dis+1393.938970506778 (17)

pvx=pvy=0.000000048037392·dis2-0.00001727204999·dis+0.002900138085615 (18)

通過式(16)-(18)便獲得了初始協(xié)方差矩陣。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:

1.方法簡單和應用前景廣闊。本發(fā)明必備的裝置僅需要AUV導航傳感器(系統(tǒng))、工作站計算機,聲納傳感器,不需其它輔助裝置,程序即可自動完成目標的航跡起始工作。

2.實用性好,效果好。經(jīng)過仿真和海試驗證,本目標跟蹤航跡起始方法,能夠準確地確定目標軌跡的有無,較高精度地確定軌跡的初始狀態(tài)和初始協(xié)方差矩陣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明航跡起始方法的裝置組成以及工作環(huán)境示意圖;

圖2是本發(fā)明航跡起始方法的流程圖;

圖3A是被刪除的一條潛在軌跡信息示意圖;

圖3B是只刪除潛在軌跡中前列信息的一條潛在軌跡信息示意圖;

圖4A是形成確認軌跡所需時間較短的一條潛在軌跡示意圖;

圖4B是形成確認軌跡所需時間較長的一條潛在軌跡示意圖;

其中,圈內(nèi)有數(shù)字的點表示有效的量測,圈內(nèi)無數(shù)字的點表示無效的量測,數(shù)字表示該潛在軌跡量測更新時間。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。

本發(fā)明由AUV和工作站計算機組成,其中AUV需要搭載用于自身定位的導航傳感器和用于探測目標位置的聲納傳感器,如圖1所示。實施本發(fā)明方法所需要的硬件包括:聲納傳感器(主動聲納),安裝在AUV上,用于測量目標相對于AUV的位置信息(距離和角度);導航傳感器,安裝在AUV上,用于確定AUV的位置、航向及姿態(tài)。工作站計算機,安裝于AUV上,實時地對聲納傳感器和導航傳感器量測數(shù)據(jù)進行處理。

新的航跡起始方法如圖2所示,AUV在運動過程中,通過導航傳感器獲得自身位置和通過聲納傳感器獲得目標與雜波的位置后,將數(shù)據(jù)上傳到工作站計算機,運用新的航跡起始方法進行處理,處理后如果有確認軌跡形成,則將確認軌跡輸出。

本發(fā)明方法在工作站計算機上實時處理導航數(shù)據(jù)和聲納量測數(shù)據(jù),本發(fā)明方法的具體實施步驟如下:

第1步:周期性地獲得導航傳感器數(shù)據(jù)(AUV位置信息)和聲納傳感器數(shù)據(jù)(目標與雜波位置信息)。

首先需要進行空間位置校正。因為導航傳感器獲得的數(shù)據(jù)是AUV的經(jīng)緯度信息或者相對位置信息,需要將AUV的位置信息轉換到固定直角坐標系下位置信息。同樣也需要將聲納量測中的極坐標數(shù)據(jù)轉換到直角坐標系下的數(shù)據(jù)。

其次,還需要時間校正。因為導航傳感器與聲納傳感器的工作周期一般不相同(導航傳感器的工作周期一般小于聲納傳感器工作周期),則將該方法(對應的程序)被調(diào)用周期(被目標跟蹤總程序調(diào)用)設置為導航傳感器的工作周期,在聲納傳感器工作周期到來時,標志位(新聲納量測)的值設置為真。

第2步:判斷是否有潛在軌跡存在。

如果已經(jīng)有潛在軌跡,那么新的量測數(shù)據(jù)應該首先用于更新潛在軌跡,如果潛在軌跡被更新,則對應已經(jīng)參與潛在軌跡更新的量測點應該及時刪除。最后為每一個剩余的沒有參與軌跡更新的量測數(shù)據(jù)單獨起始一條潛在軌跡,并作為該潛在軌跡的第一個量測點。

如果沒有潛在軌跡,那么新的量測數(shù)據(jù)全部用于起始新的潛在軌跡。

第3步:進行潛在軌跡刪除。

經(jīng)過步驟2,會形成大量的潛在軌跡,然而,其中很多潛在軌跡并不滿足形成確認軌跡的要求,因此可以將這些潛在軌跡刪除。軌跡刪除的規(guī)則是,如果該潛在軌跡總的量測更新次數(shù)為N,而有效量測更新次數(shù)小于M,則此條潛在軌跡需要被刪除。

刪除潛在軌跡又包含兩種情況,如圖3A所示第一種情況,是將此條潛在軌跡信息全部刪除。第二種情況如圖3B所示,僅刪除此條潛在軌跡的前列信息,而保留潛在軌跡最新的信息,即只刪除點1,而保留點3,5,6。這樣可以提高目標的檢測概率。

第4步:進行確認軌跡判別。

進行確認軌跡判別,采用M/N規(guī)則,如果此條潛在軌跡經(jīng)過判別認定為一條確認軌跡,那就需要將此條潛在軌跡信息從潛在軌跡序列中轉移到確認軌跡序列中。如圖4所示,潛在軌跡升級為確認軌跡的情況之一。

第5步:如果有確認軌跡形成,對確認軌跡進行初始化。

初始化包括確定軌跡的初始狀態(tài)和初始協(xié)方差矩陣。采用最小二乘法估計初始狀態(tài),采用二次曲線擬合初始協(xié)方差矩陣。

第6步:進入循環(huán),等待總程序下一次調(diào)用航跡起始程序。

所述運用聲納傳感器獲得的量測數(shù)據(jù)評估周圍海洋環(huán)境雜波密度,包括以下步驟:

步驟1:在聲納每次量測周期內(nèi),記錄所有量測的個數(shù),并求出海洋環(huán)境的雜波密度。在此由于海洋環(huán)境中雜波個數(shù)一般多于目標個數(shù),因此在統(tǒng)計海洋環(huán)境雜波密度的時候,源于目標的量測忽略不計,并認為所有量測均是源于雜波。

步驟2:記錄并保存單次雜波密度評估值,統(tǒng)計一段時間內(nèi),海洋環(huán)境雜波密度是否發(fā)生變化。

循環(huán)上述步驟1-2。

所述海洋環(huán)境雜波密度評估值分三個等級:雜波極少,雜波適中,雜波密集。并且確定海洋環(huán)境是否穩(wěn)定,如果不穩(wěn)定,則取海洋環(huán)境雜波密度最惡劣的評估值。

所述波門門限值既包括了聲納傳感器量測誤差因素,也包括了目標的運動因素,還包括了海洋環(huán)境雜波密度。

聲納傳感器因素是指,聲納傳感器的量測誤差,比如聲納對目標的量測,角度量測誤差服從均值為零,標準差為1度的高斯分布;距離量測誤差服從均值為零,標準差為0.015×真實目標距離的高斯分布,即

Δθ~N(0,1) (1)

Δρ~N(0,0.015×ρ) (2)

Δθ表示角度量測誤差,θ表示角度量測值,表示目標相對于聲納的真實方位,Δρ表示距離量測誤差,ρ表示距離量測值,表示目標相對聲納的真實距離。

目標的運動因素是指水下目標最大運動速度與聲納量測周期的積,即Vmax×T,Vmax是指目標的最大運動速度,T是聲納量測周期,其反應的是目標在單位量測周期,目標的運動能力。

海洋環(huán)境雜波密度反應的是航跡起始計算量。如果雜波密度極小,某種程度上說,波門門限可以設置的比較大,如果雜波密度密集,那么波門門限不能設置的過大,否則會導致潛在軌跡數(shù)指數(shù)爆炸,計算機負擔過重,而且很多潛在軌跡均是虛假潛在軌跡。

確定一條軌跡的存在規(guī)則,采用基于邏輯的航跡起始方法M/N。即如果在不多于N次聲納周期量測過程中,有不少于M次量測滿足波門門限要求,則認為存在一條軌跡。因為海洋環(huán)境比較復雜,相比于傳統(tǒng)的基于邏輯的航跡起始方法中M和N值,本航跡起始方法M和N值比較大,M和N值隨海洋環(huán)境雜波密度進行動態(tài)調(diào)整(N的取值與雜波密度有關,如果雜波密度較大,則N的取值也較大,反之較?。籑通常取值為N/2+1)。在海洋環(huán)境雜波密度極少或者適中的情況下,M值一般是5,N值一般是8;如果海洋環(huán)境雜波密度密集,則設置M值是6,N值是10。

如果確定一條軌跡已經(jīng)存在,則需要估計其初始狀態(tài)和初始協(xié)方差矩陣,采用最小二乘法估計目標的初始狀態(tài),采用二次項擬合確定初始協(xié)方差矩陣。

當前第1頁1 2 3 
網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
  • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊!
1
祁阳县| 诸城市| 崇州市| 门源| 思南县| 长寿区| 天台县| 邻水| 垣曲县| 镇康县| 贵阳市| 武威市| 齐齐哈尔市| 宁阳县| 福建省| 丰城市| 郴州市| 启东市| 崇礼县| 巴塘县| 许昌县| 维西| 微山县| 安塞县| 延吉市| 榆林市| 比如县| 葵青区| 昌图县| 新田县| 台山市| 安顺市| 南安市| 雷山县| 嵩明县| 宁武县| 吉安县| 广水市| 潮州市| 英山县| 梅州市|