对基于卡尔曼滤波的跟踪算法的一些理解(一)

读《多假设航迹合成算法》这篇论文的一些总结和个人理解

卡尔曼滤波(KF)用在跟踪上,从目标的动力学方程(系统方程)和观测方程为前提,即要求系统模型已知(包括模型噪声和观测噪声的统计特性)

单radar的目标跟踪主要包括:航迹起始、数据关联、状态估计、航迹终止

多传感器则需要航迹合成,即多个传感器的航迹属于同一target

KF跟踪的主要问题是,运动模型选择、噪声协方差的匹配

所谓的自适应KF,则由两种,一种是变参数,比如噪声协方差不是常数而是实时变化;一种是变模型,或者说变状态数量。

EKF:扩展卡尔曼,采用一阶近似线性化(Jacobi矩阵),缺点是在模型非线性较强时误差大,在不可微时则直接失效。

UKF:无迹卡尔曼,对于非加性噪声,在具体应用时将模型噪声也作为状态量的一部分,即对状态进行扩展(augmentation)

CKF:容积卡尔曼

噪声的两种分类:加性噪声、乘性噪声

加性噪声:一般指热噪声、散弹噪声等。它们与信号的关系是相加,不管有没有信号,这种噪声都存在,独立于信号,往往看作背景噪声

乘性噪声:由系统的时变性(如衰落或多普勒)或非线性造成的。

目标运动模型

radar难以分辨物体的姿态,故用radar进行目标跟踪时,往往将目标看作没有形状和大小的点目标!

KF是基于高斯分布假设的,过程噪声和测量噪声也都假设为互相独立的0均值正态分布白噪声。

在目标跟踪时,控制输入量 u 通常被假设为与目标加速度相关的量,一般是未知的:因为不知道目标车辆的油门和制动输入

目标分类:机动目标、非机动目标

非机动目标:匀速直线运动 (CV模型)

机动目标:非匀速直线运动

对于CV模型,可以假设加速度就是过程噪声,也就是约等于0;同理对于匀加速(CA)模型,认为加速度的导数就是过程噪声,约等于0.

对于目标从非机动到机动的变化时的处理

雷达的测量值是极坐标下的值,换算到笛卡尔坐标下时,可以进行测量误差及协方差的换算(在已知距离和角度测量的方差时换算到xyz的方差),具体见论文《多假设航迹合成算法》

多传感器融合需要注意:坐标变换;时间对准(例如线性外推到同一时间戳)

《多假设航迹合成算法》中有CV和CA运动模型的推导和计算

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