基于傳感器軌跡id在phd濾波器中合并強度的制作方法
【專利說明】基于傳感器軌跡ID在PHD濾波器中合并強度
相關(guān)申請的交叉引用
[0001]本申請涉及如下共同待審的美國專利申請，其由此通過引用并入本文:
[0002]與本申請同一日期提交的美國專利申請序列號14/448803(代理人案號H0043754)，標題為 “UPDATING INTENSITIES INA PHD FILTER BASED ON A SENSOR TRACKID”；
[0003]與本申請同一日期提交的美國專利申請序列號14/448813(代理人案號H0045529)，標題為“ADJUSTING WEIGHT OF INTENSITY IN A PHD FILTER BASED ON SENSORTRACK ID”；以及
[0004]與本申請同一日期提交的美國專利申請序列號14/448819(代理人案號H0045530)，標題為 “TWO STEP PRUNING IN A PHD FILTER”。
【背景技術(shù)】
[0005]查看并躲避或感測并躲避(SAA)的目標是給無人機系統(tǒng)(UAS)提供如下能力:利用或者不利用激活的、基于應(yīng)答器的防撞系統(tǒng)執(zhí)行自隔離和對于所有空中交通的碰撞避免。SAA需要UAS檢測并跟蹤所有權(quán)飛行器進行操作的附近區(qū)域中的入侵飛行器以識別執(zhí)行自隔離和碰撞避免所需的指導(dǎo)機動飛行。檢測和跟蹤功能是UAS SAA能力的關(guān)鍵使能器，因為UAS針對未檢測的、未跟蹤的入侵飛行器不能執(zhí)行自隔離或碰撞避免機動飛行。檢測功能是指使用監(jiān)視傳感器測量入侵飛行器相對所有權(quán)UAS的位置。跟蹤功能是指把監(jiān)視傳感器測量值融合在一起以便估計入侵飛行器相對所有權(quán)UAS的軌道統(tǒng)計值(在此也稱為軌跡)。監(jiān)視傳感器提供具有對應(yīng)測量ID的測量值，測量ID可以在時間上是相關(guān)的或在時間上是隨機的。
[0006]跟蹤功能使用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法把測量值分配給當前軌跡來估計入侵飛行器的軌跡，濾波器把傳感器測量值與軌跡統(tǒng)計值的當前估計融合，并且軌道管理器監(jiān)督傳感器融合操作，啟動軌跡，保持軌跡并刪除軌跡。
[0007]一個跟蹤系統(tǒng)使用隨機有限集(RFS)跟蹤在所有權(quán)UAS的環(huán)境中運行的多個入侵飛行器(IA)。RFS是針對多IA跟蹤的多重假設(shè)檢驗(MHT)方法的一部分。RFS將多IA跟蹤問題設(shè)計成集值狀態(tài)空間，其中集值狀態(tài)向量和集值測量向量的統(tǒng)計值使用他們的一階矩(在此也稱為強度)來近似并被應(yīng)用在貝葉斯濾波器框架中以使用高斯混合來估計IA軌跡統(tǒng)計值。產(chǎn)生的濾波器稱為概率假設(shè)密度(PHD)濾波器。強度涉及集值狀態(tài)空間的要素的權(quán)重、狀態(tài)平均向量和狀態(tài)協(xié)方差矩陣，在集值狀態(tài)空間中該要素對應(yīng)于軌跡的統(tǒng)計值。
[0008]基本PHD濾波器通常通過比較兩個強度統(tǒng)計值之間的Malhanobis距離來聚集新的、當前的和測量值到軌跡強度。如果此距離低于用戶選擇的閾值，則兩個強度被認為是起源于同一 IA。此過程包括將全部可能的強度對與閾值比較。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個實施例中，提供了一種利用概率假設(shè)密度濾波器跟蹤多個物體的方法。該方法包括通過組合來自一個或多個第一傳感器的一個或多個第一測量值生成第一強度，其中軌跡ID的第一集合包括一個或多個軌跡ID，該一個或多個軌跡ID由與所述一個或多個第一測量值中其相應(yīng)的測量值對應(yīng)的一個或多個第一傳感器提供，其中第一強度包括在第一時間(at a first time)的物體軌跡統(tǒng)計值的權(quán)重、狀態(tài)平均向量和狀態(tài)協(xié)方差矩陣。通過組合來自一個或多個第二傳感器的一個或多個第二測量值來生成第二強度，其中軌跡ID的第二集合包括一個或多個軌跡ID，該一個或多個軌跡ID由與所述一個或多個第二測量值中其相應(yīng)的測量值對應(yīng)的一個或多個第二傳感器提供，其中第二強度包括在所述第一時間的物體軌跡統(tǒng)計值的權(quán)重、狀態(tài)平均向量和狀態(tài)協(xié)方差矩陣。軌跡ID的第一集合與軌跡ID的第二集合比較，并且基于軌跡ID的第一集合中的任何軌跡ID與軌跡ID的第二集合中的任何軌跡ID是否匹配，選擇性地把第一強度與第二強度合并。
【附圖說明】
[0010]應(yīng)當理解，附圖僅描述示例性實施例，并因此不被認為在范圍上是限制性的，將通過使用附圖以附加的明確性和細節(jié)描述示例性實施例，其中:
[0011]圖1是示例環(huán)境的方框圖，該環(huán)境中可以使用基于PHD濾波器的跟蹤系統(tǒng)。
[0012]圖2是在圖1環(huán)境中使用的示例跟蹤系統(tǒng)的方框圖。
[0013]圖3是用于利用圖2的跟蹤系統(tǒng)跟蹤多個物體的示例方法的流程圖。
[0014]依照慣例，各種描述的特征未按比例繪制，但被繪制為強調(diào)與示例性實施例相關(guān)的特定特征。
【具體實施方式】
[0015]在此所述主題提供一種通過使用軌跡標識符(ID)在概率假設(shè)密度(PHD)濾波器中合并強度的方法，該軌跡標識符(ID)由獲得與強度對應(yīng)的物體測量值的一個或多個傳感器提供。軌跡ID是由傳感器提供的標識符，其中標識符在時間上與一系列的測量值相關(guān)。一種類型的軌跡ID是國際民用航空組織(ICA0)飛行器地址，其由飛行器連同對應(yīng)的測量信息一起傳送，由傳感器連同對應(yīng)的測量信息一起接收。能夠接收這種ICA0飛行器地址的傳感器示例包括廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)傳感器和交通防撞系統(tǒng)(TCAS)模式S傳感器。另一類型的軌跡ID是來自傳感器的標識符，該傳感器在時間上使測量值相關(guān)。具體地，這種傳感器通過在時間上使測量值相關(guān)和將ID分配給那些軌跡來識別物體的軌跡。這些ID連同測量值一起由傳感器提供。由于這些ID是由在時間上使其自己的測量值相關(guān)的傳感器生成的，因此這些ID是傳感器特定的。也就是說，即使第一傳感器和第二傳感器可獲得相同物體的測量值，但第一傳感器和第二傳感器使他們自己的測量值相關(guān)，而不使另一傳感器的測量值相關(guān)；因此，由每個傳感器提供的軌跡ID是不同的，并與來自該傳感器而不是另一傳感器的測量值對應(yīng)。提供這種軌跡ID給相關(guān)的測量值的傳感器示例包括TCAS模式C傳感器、某些LiDAR以及某些雷達。此處所述的主題利用這些軌跡ID來提高準確度和效率，在PHD濾波器中可按照該準確度和效率跟蹤多個物體。
[0016]圖1是示例環(huán)境的方框圖，其中可以使用基于PHD濾波器的跟蹤系統(tǒng)102。在此處示出的示例中，跟蹤系統(tǒng)102安裝在飛行器104中，然而，跟蹤系統(tǒng)102可安裝在任何交通工具中或可以是獨立的系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)102配置成在環(huán)境中檢測和跟蹤其他物體。在此示例中，跟蹤系統(tǒng)102配置成檢測空中物體，如入侵飛行器(IA) 106、108。在示例中，跟蹤系統(tǒng)102是感測并躲避(SAA)系統(tǒng)的一部分，并且飛行器104是無人機系統(tǒng)(UAS)
[0017]圖2是示例跟蹤系統(tǒng)102的方框圖。跟蹤系統(tǒng)102包括多個傳感器202-206，傳感器202-206配置成檢測傳感器202-206周圍環(huán)境中的物體。所述多個傳感器202-206可包括任何適當?shù)膫鞲衅?，例如雷達202、TCAS傳感器203、ADS-B傳感器204、光學(xué)照相機205以及LiDAR206。也可使用其他傳感器。此外，可使用包括多個相同類型傳感器的任何數(shù)量的傳感器。傳感器202-206與一個或多個處理設(shè)備208耦合。傳感器202-206配置成獲得測量值并發(fā)送測量值至所述一個或多個處理設(shè)備208。如上所述，傳感器202-206中的一些或全部可配置成發(fā)送軌跡ID和測量值至所述一個或多個處理設(shè)備208。
[0018]一個或多個處理設(shè)備208配置成基于從傳感器202-206接收的測量值跟蹤多個物體(例如入侵飛行器106、108)。為了跟蹤物體，一個或多個處理設(shè)備208配置成執(zhí)行指令210，該指令存儲在與一個或多個處理設(shè)備208耦合的一個或多個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備212上。指令210，當由一個或多個處理設(shè)備208執(zhí)行時，使一個或多個處理設(shè)備208基于來自傳感器202-206的測量值實施跟蹤物體的行動。一個或多個處理設(shè)備208可包括中央處理單元(CPU)、微控制器、微處理器(例如，數(shù)字信號處理器)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或其他處理設(shè)備。在某些示例中，一個或多個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備212包括用于存儲機器可讀數(shù)據(jù)和指令的非易失性電子硬件設(shè)備。在示例中，一個或多個數(shù)據(jù)存儲設(shè)備212在用于存儲計算機可讀指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的任何合適的計算機可讀介質(zhì)上存儲信息。計算機可讀介質(zhì)可被實施為可由一個或多個處理設(shè)備208訪問的任何可用介質(zhì)。合適的計算機可讀介質(zhì)可包括如磁或光學(xué)介質(zhì)的存儲介質(zhì)。例如，存儲介質(zhì)可以包括傳統(tǒng)硬盤、緊湊盤-只讀存儲器(CD-ROM)、固態(tài)驅(qū)動器(SSD)、其他閃速存儲器、只讀存儲器(R0M)，以及電可擦除可編程ROM(EEPROM)。一個或多個處理設(shè)備208也可與存儲器214耦合，存儲器214配置成在由一個或多個處理設(shè)備208進行執(zhí)行期間存儲數(shù)據(jù)和指令。存儲器214可包括易失性或非易失性介質(zhì)，例如隨機存取存儲器(RAM)(包括但不限于同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)、雙數(shù)據(jù)速率(DDR) RAM、RAMBUS 動態(tài) RAM (RDRAM)、以及靜態(tài) RAM (SRAM)，等等)。在示例中，一個或多個處理設(shè)備208配置成輸出關(guān)于物體軌跡的信息至輸出設(shè)備，如顯示設(shè)備。在一些示例中，一個或多個處理設(shè)備208提供軌跡信息給更大的SAA系統(tǒng)用于控制無人機系統(tǒng)的移動。
[0019]圖3是示例方法300的流程圖，該方法利用跟蹤系統(tǒng)102跟蹤