基于多假设的目标检测跟踪算法

文/楼晓祥

数据关联算法是目标跟踪处理的关键技术之一,尤其是杂波环境下的数据关联技术一直是研究热点。多假设(MHT)是D.B.Reid提出一种关联延迟决策算法，被认为是解决杂波环境下数据关联的最优算法。但是，MHT存在以下难点：一是算法实现所需的内存和计算量巨大；二是假设分支生成、假设合并和假设删除等核心处理较复杂，难以工程实现。文献[3]采用目标回波幅度概率分布模型来简化MHT算法，但是实际应用中这种处理方法有一定的局限性。因此，本文提出了一种基于检测前跟踪技术(TBD)和航向稳定性的MHT优化方法，具有一定的工程应用意义。

1　基于TBD的多假设关联算法

多假设算法(MHT)以“全邻”最优滤波器为基础，利用多个扫描周期的量测进行数据关联，产生假设航迹分支。但是假设航迹分支数目与目标数、虚假数以及所处理的数据帧数呈指数关系递增，为解决该问题，文献[4]利用公式（1）计算每个假设航迹的概率从而控制假设航迹分支数。

式中，C为归一化常数因子，μF、μN分别是假设量测数和新目标数的先验PMF，PtD是航迹t的探测概率。但该假设概率计算复杂且某些参数工程中难以确定。本文提出采用检测前跟踪（TBD）原理来控制假设航迹分支数。TBD采用的是多帧检测法，在帧与帧之间对假设路径中包括的点作几乎没有信息损失的相关处理，经过多帧的积累，同时宣布检测结果与目标航迹。其中，基于动态规划的TBD数学模型如下：

表1：航向均方误差表

设k阶段，状态和状态集合分别为xk和Xk。每个扫描周期得到的点迹对应相应的决策定义决策过程的值函数，使值函数最大，即

（2）式中，

假设在第k帧时刻，目标预测范围内出现多个点迹，依据MHT算法原理产生多个假设航迹分支。从第k+1帧开始，将新的点迹与假设航迹进行关联。根据上述的TBD原理，对假设航迹分支的能量进行积累。同时，为控制假设航迹分支的个数，利用航向稳定性对不合理的假设航迹分支进行删除。第N帧后，对于保留下的航向稳定假设航迹，选取满足能量门限要求的航迹作为目标航迹输出结果。

2　算法仿真

假设目标在杂波区中保持匀速直线运动。根据MHT算法，目标产生多个假设航迹分支如图1所示。对每个假设航迹的能量做积累，同时计算每个假设航迹分支的航向稳定性参数如表1所示，将能量最大且航向稳定的假设航迹作为目标航迹输出结果。图2为该算法在杂波区目标跟踪示意图。

3　结论

本文利用检测前跟踪原理和航向稳定性参数来控制优化多假设的航迹分支。通过实际数据的分析验证，这种方法可以改善目标在杂波区中的跟踪效果。

图1：基于航向均方根误差的MHT仿真曲线

图2：杂波区目标跟踪示意图