红外搜跟系统中航迹关联算法的研究与应用.pdf
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1、Electronicand ElectropticalSystemsMar.20232023年0 3 月系电No.1光第1期统红外搜跟系统中航迹关联算法的研究与应用杜静涵中国电子科技集团公司第二十七研究所,郑州450 0 47摘要:随着红外搜索跟踪系统在预警探测领域的深入应用,研究红外背景下的多目标航迹关联技术具有重要的现实意义。文章以经典航迹关联算法为基础,结合红外目标的运动特性和特征信息对其进行改进和实现,并通过工程应用验证其可行性。关键词:红外搜索;航迹关联;多目标中图分类号:TN215文献标识码:AResearch and Application of Track Correlatio
2、n Technology in Infrared Tracking SystemDU Jing-han(The 27th Research Institute of China Electronics TechnologyGroup Corporation,Zhengzhou 450047,China)Abstract:With the further application of infrared search and tracking system in the field of detection and earlywarning,it is of great practical sig
3、nificance to study the multi-target track association technology in the infraredbackground.Based on the classical track association algorithm,this paper improves and realizes the infraredtarget by combining its motion characteristics and feature information,and verifies its feasibility through engi-
4、neering applications.Key words:Infrared Search;Track Association;Multiple Target1引言红外热成像技术是一种被动式探测技术,具有隐蔽性好、抗干扰能力强、全天候工作等优点1,已经成为一种重要的预警探测手段,在军事领域被广泛应用。红外搜索跟踪系统(IRST)就是根据红外热成像原理对目标进行探测的预警系统,最早始于2 0 世纪6 0 年代,它将光电传感技术、控制技术和图像处理技术结合起来 2 ,能够全方位地对空中的威胁目标进行探测和跟踪,并向终端控制系统上报探测目标的位置信息、特征信息和威胁度告警等信息,为军事防御体系提供
5、向导。红外搜索跟踪系统主要由红外成像系统、伺服系统、信号与图像处理终端等几部分组成 3,工作时通过伺服转台进行周扫,在扫描的同时对进人视场的红外图像进行目标检测,找出潜在的威胁目标并进行跟踪。在实际应用中,由于背景复杂、小目标密集且数量不确定,目标检测存在着漏检、误检的可能,为了在这众多不确定因素中找到最接近目标真实的运动状态信息,实现多目标之间的正确耦合与匹配,就需要对目标进行航迹关联。航迹关联技术 4 可以利用目标的多顿信息对不能够形成运动轨迹的小目标进行剔除,降低目标检测的虚警率,同时也是实现多目标跟踪的重要手段之一 5。本文主要对红外搜跟系统下的小目标航迹关联算法进行实现和应用。2红外
6、目标航迹关联航迹关联主要包括航迹起始、跟踪门选择、数据关联、航迹预测与更新、航迹终结与删除这几个部分 6 。首先要对众多的目标数据进行相似性度量计算,找出真实并且正确的目标运动轨迹,然后根据当前的航迹信息对目标下一时刻的运动状态作者简介:杜静涵(19 9 2 一),女,硕士研究生,工程师,毕业于南京理工大学,研究方向:图像处理算法。第1期系电光统8进行预测,上报相应的航迹批号,最后要及时对不更新的目标航迹进行删除。由于红外目标具有灰度、面积、形状等特征,关联的时候可以利用目标的特征信息对航迹进行滤波,但是红外传感器对目标的位置信息探测只有方位和俯仰信息,没有距离信息,所以在二维测量下,目标的运
7、动特征是非线性的,这也给航迹关联带来了一定的不确定性。航迹关联的基本流程如图1所示。是跟踪门是开始在航迹?数据关联X航迹匹配航迹更新航迹预测香航迹起始航迹终结图1航迹关联流程2.1跟踪门航迹关联时,需要用到跟踪门,跟踪门以当前目标的预测状态为中心,是跟踪空间中的一块子区域。跟踪门可以对下一个扫描周期的观测值进行粗略检验,计算时只考虑落入其内部的观测值,大大减少了计算量。跟踪门既要确保真实目标落在里面的概率尽可能地大,也要控制计算效率,所以跟踪门的选取十分重要。跟踪门可分为固定跟踪门和自适应跟踪门。固定跟踪门的大小始终保持不变,而自适应跟踪门在航迹关联的过程中,随着目标的大小和运动状态自适应做出
8、调整。一般情况下,初始跟踪门是固定的,可以根据目标的运动特性结合经验选取,通常以目标运动的速度和加速度进行约束。假设目标在第k个扫描周期的位置信息为,满足条件的最大、最小速度约束为Umax和Umin,那么速度约束可以表示为Sk+Sminmaxt一+1当航迹中目标点个数大于等于3时,设满足条件的最大加速度约束为max,那么加速度约束可以表示为Sk+1-Sk.Sk-Sk-1amax(tk+1-th)tk+1t-tk-一开始时,可以根据经验值和预设目标的运动特性选取又Umax,U mi n 和amax,粗略地设置跟踪门。方位方向和俯仰方向可以选择不同的参数,后续可以根据目标的实际运动状态对跟踪门进行
9、更加精细化的调整,提高正确关联的概率。2.2航迹起始航迹起始是指目标从进入到探测视场再到形成航迹的过程,是航迹关联中必不可少的决策环节。为了避免较长的等待时间,这里采用顺序航迹起始的方式,主要分为以下几个步骤。当航迹池中没有航迹存在时,对于当前图像顿的N个目标观测,分别建立N条候选航迹,记为Templ,此时Templ为单点航迹;对于已经存在的候选航迹Templ,设定初始跟踪门,在下一个扫描周期到来时,观察是否有目标落人其跟踪门内,如果有,就将该目标与候选航迹Templ关联,并将其转换为候选航迹Temp2,如果有多个目标落人Templ的跟踪门,就形成多条候选航迹Temp2,如果当前周期没有目标落
10、入Templ的跟踪门,就扩大其初始跟踪门,等待下一个扫描周期;对于已经存在的候选航迹Temp2,根据当前航迹中目标点的位置信息和速度信息进行外推预测,形成预测点,并调整其跟踪门,同时用现有目标点的特征信息进行辅助滤波,在下一个扫描周期到来时,若有目标落人到其跟踪门,就对目标的观测点与候选航迹Temp2的预测点进行相似性度量计算,选择满足条件的最优解,此时就形成了一条真实航迹T,若没有目标落人,可将该周期的预测点放人到候选航迹Temp2中,扩大其跟踪门,并继续等待下一个观测周期。这里运用这样的一个判定准则,即在连续的N次扫描周期中,如果有M次观测值满足条件,就可以建立一条航迹,一般M/N的值为3
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