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作者簡介
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序
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《群目標跟 蹤》系統地介紹了多年來國內外目標跟蹤技術的發展 概況，以及作者 在該領域的研究成果。全書由7章組成，主要內容包 括：目標跟蹤發展概 況、典型跟蹤系統、群目標產生背景、群目標跟蹤思 想形成過程、群目標概念 與內涵、群目標跟蹤原理及應用前景；目標跟蹤的基 本概念、卡爾曼濾波、目 標運動模型與目標跟蹤算法等基礎知識；群目標形成 的分群檢測與群目標 航跡起始算法；基于數據關聯與態勢關聯一體化的單 群目標與多群目標關 聯算法；基于機動檢測、態勢認知同時實現的群目標 合并與分離檢測算法， 以及群目標跟蹤算法的仿真設計與驗證等內容。
《群目標跟蹤》可供從事雷達數據處理、多傳感 器信息融合、電子對抗、態勢感知 與指揮信息系統等專業科技人員閱讀和參考，也可作 為相關專業本科生或 研究生等在校學生的教材使用。
《群目標跟蹤》可供從事雷達數據處理、多傳感 器信息融合、電子對抗、態勢感知 與指揮信息系統等專業科技人員閱讀和參考，也可作 為相關專業本科生或 研究生等在校學生的教材使用。
作者簡介
耿文東，男，1966年11月出生，裝備學院高級工程師，主要從事態勢感知與目標跟蹤方面的教學科研工作。分別于海軍航空工程學院、國防科大與裝備學院獲得工學學士、碩士與博士學位。中國雪達行業協會高級會員，中國電子學會高級會員，無線電定位技術分會專業委員，北京市電子學會雷達專委會委員。主持完成國家級科研項目10余項，獲得國防科技進步一等獎1項、全軍科技進步三等獎6項，發表論文60余篇。
王元欽，男，1963年9月出生，畢業于哈爾濱工業大學，工學博土，裝備學院教授，博士生導師，主要從事航天測控方面的教學科研工作。主持完成國家級科研項目20余項，獲得軍隊級科技進步一等獎2項、二等獎3項。2000年榮獲中國科協“求是”杰出青年實用工程獎，2004年榮獲中國航天基金獎。
董正宏，男，1977年11月生，江蘇阜寧人，工學博士，裝備學院副教授，主要從事信息技術領域的教學科研工作。青年科技英才培養對象、近天體監測與預警專家組成員。主持完成國家級科研項目10余項，獲軍隊科技進步二等獎2項，出版專著四部，發表論文50余篇。
王元欽，男，1963年9月出生，畢業于哈爾濱工業大學，工學博土，裝備學院教授，博士生導師，主要從事航天測控方面的教學科研工作。主持完成國家級科研項目20余項，獲得軍隊級科技進步一等獎2項、二等獎3項。2000年榮獲中國科協“求是”杰出青年實用工程獎，2004年榮獲中國航天基金獎。
董正宏，男，1977年11月生，江蘇阜寧人，工學博士，裝備學院副教授，主要從事信息技術領域的教學科研工作。青年科技英才培養對象、近天體監測與預警專家組成員。主持完成國家級科研項目10余項，獲軍隊科技進步二等獎2項，出版專著四部，發表論文50余篇。
名人/編輯推薦
耿文東、王元欽、董正宏編著的這本《群目標跟蹤》以群目標跟蹤為主線，兼顧態勢關聯、態勢融合與意圖判斷等認知問題，按照可行、實用的原則，詳細闡述了群目標形成、航跡起始、數據關聯、合并與分離檢測及群目標航跡撤銷等基本問題。本書的原創性與創新性主要體現在：提出了單目標與多目標跟蹤相統一、數據關聯與態勢認知一體化的群目標跟蹤思想；建立了群目標的跟蹤構架；提出了最近鄰一全鄰單群目標關聯算法；提出了雙重多多對應下的多群目標關聯算法；提出了群目標合并與分離檢測、態勢綜合與意圖判斷同時實現的方法。為突出主題、縮減篇幅，本書并沒有詳細論述目標跟蹤的基本理論，而僅僅給出了相關的基礎知識，需要的讀者可自行查閱。
序
目標跟蹤作為軍事領域與民用領域共同關注的問題，無論是理論上還是技術上都取得了輝煌的成就，并且仍然在不斷的發展之中。目前，目標跟蹤的理論與技術，大體上可以劃分為兩大類：一是以卡爾曼濾波理論為主導的單傳感器單目標和多目標跟蹤問題，二是以信息融合為主導的多傳感器單目標和多目標跟蹤問題，并且密集多目標跟蹤成為了格外引人矚目的重點與難點問題。
事實上，多目標跟蹤一定意義上可以說是多量測處理問題。對于目標跟蹤系統而言，多目標自然產生多量測，但多量測并不一定就是多目標的結果。例如，擴展單目標產生多量測，高分辨雷達產生多量測，多傳感器產生多量測，多路徑效應也產生多量測等。不僅如此，這些多量測有時是真假混雜的，有時甚至是無法選擇的。例如，由于假目標、干擾等使得這種多量測是真假相伴的，擴展目標產生的多量測無法判斷哪個是真實量測、哪個是虛假量測，密集多目標及其多路徑效應產生的所謂間接量測混合在一起就更加難以說清楚。因此，造成了目標跟蹤問題的復雜化。另外，在現有目標跟蹤系統中，目標跟蹤與態勢認知通常是分離的，即目標跟蹤系統所追求的總是給出每個目標的狀態估計，再由專門的信息處理平臺認知多目標的態勢，也就是說目標跟蹤與態勢認知在物理層上是分離的。那么，能否既不必考慮目標數量，也不必考慮目標密集與否，而找到一種新的方法能夠將單目標與多目標跟蹤問題統一起來的同時，還能夠貫通物理層、數據層與認知層而實現態勢認知呢？
顯然，必須改變理念才有可能找到這種方法。為此，本書提出了群目標跟蹤思想。
群目標跟蹤是在現代目標跟蹤理論的基礎上，借鑒編隊目標隊形跟蹤的方法，并將單目標作為群目標的特例，把群目標數據關聯與態勢關聯相統一，群目標機動判斷、態勢評估與合并分離檢測一體化的目標質心跟蹤方法。群目標跟蹤打破了目標數量、目標密集程度，以及真實量測與目標一一對應的限制，克服了密集多目標跟蹤關聯模糊、單目標多回波時真實量測無法選擇，以及間接量測作為虛假量測處理而丟失對于目標跟蹤有用信息等問題，具有一定的態勢認知能力，實現了物理層、數據層與認知層的貫通；是一個能夠確定群目標如何形成、群目標航跡如何起始、怎樣進行群目標關聯與航跡維持、新成員合并進來與老成員分離出去如何檢測并能夠為分離出去的目標捕獲提供先驗信息，以及群目標航跡撤銷的完整體系。事實上，從仿生學的角度來看，群目標跟蹤還是基于動物視覺過程的態勢逆感知過程一一先整體、再局部、最后到個體。
本書以群目標跟蹤為主線，兼顧態勢關聯、態勢融合與意圖判斷等認知問題，按照可行、實用的原則，詳細闡述了群目標形成、航跡起始、數據關聯、合并與分離檢測及群目標航跡撤銷等基本問題。本書的原創性與創新性主要體現在：提出了單目標與多目標跟蹤相統一、數據關聯與態勢認知一體化的群目標跟蹤思想；建立了群目標的跟蹤構架；提出了最近鄰一全鄰單群目標關聯算法；提出了雙重多多對應下的多群目標關聯算法；提出了群目標合并與分離檢測、態勢綜合與意圖判斷同時實現的方法。為突出主題、縮減篇幅，本書并沒有詳細論述目標跟蹤的基本理論，而僅僅給出了相關的基礎知識，需要的讀者可自行杏閱。
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事實上，多目標跟蹤一定意義上可以說是多量測處理問題。對于目標跟蹤系統而言，多目標自然產生多量測，但多量測并不一定就是多目標的結果。例如，擴展單目標產生多量測，高分辨雷達產生多量測，多傳感器產生多量測，多路徑效應也產生多量測等。不僅如此，這些多量測有時是真假混雜的，有時甚至是無法選擇的。例如，由于假目標、干擾等使得這種多量測是真假相伴的，擴展目標產生的多量測無法判斷哪個是真實量測、哪個是虛假量測，密集多目標及其多路徑效應產生的所謂間接量測混合在一起就更加難以說清楚。因此，造成了目標跟蹤問題的復雜化。另外，在現有目標跟蹤系統中，目標跟蹤與態勢認知通常是分離的，即目標跟蹤系統所追求的總是給出每個目標的狀態估計，再由專門的信息處理平臺認知多目標的態勢，也就是說目標跟蹤與態勢認知在物理層上是分離的。那么，能否既不必考慮目標數量，也不必考慮目標密集與否，而找到一種新的方法能夠將單目標與多目標跟蹤問題統一起來的同時，還能夠貫通物理層、數據層與認知層而實現態勢認知呢？
顯然，必須改變理念才有可能找到這種方法。為此，本書提出了群目標跟蹤思想。
群目標跟蹤是在現代目標跟蹤理論的基礎上，借鑒編隊目標隊形跟蹤的方法，并將單目標作為群目標的特例，把群目標數據關聯與態勢關聯相統一，群目標機動判斷、態勢評估與合并分離檢測一體化的目標質心跟蹤方法。群目標跟蹤打破了目標數量、目標密集程度，以及真實量測與目標一一對應的限制，克服了密集多目標跟蹤關聯模糊、單目標多回波時真實量測無法選擇，以及間接量測作為虛假量測處理而丟失對于目標跟蹤有用信息等問題，具有一定的態勢認知能力，實現了物理層、數據層與認知層的貫通；是一個能夠確定群目標如何形成、群目標航跡如何起始、怎樣進行群目標關聯與航跡維持、新成員合并進來與老成員分離出去如何檢測并能夠為分離出去的目標捕獲提供先驗信息，以及群目標航跡撤銷的完整體系。事實上，從仿生學的角度來看，群目標跟蹤還是基于動物視覺過程的態勢逆感知過程一一先整體、再局部、最后到個體。
本書以群目標跟蹤為主線，兼顧態勢關聯、態勢融合與意圖判斷等認知問題，按照可行、實用的原則，詳細闡述了群目標形成、航跡起始、數據關聯、合并與分離檢測及群目標航跡撤銷等基本問題。本書的原創性與創新性主要體現在：提出了單目標與多目標跟蹤相統一、數據關聯與態勢認知一體化的群目標跟蹤思想；建立了群目標的跟蹤構架；提出了最近鄰一全鄰單群目標關聯算法；提出了雙重多多對應下的多群目標關聯算法；提出了群目標合并與分離檢測、態勢綜合與意圖判斷同時實現的方法。為突出主題、縮減篇幅，本書并沒有詳細論述目標跟蹤的基本理論，而僅僅給出了相關的基礎知識，需要的讀者可自行杏閱。
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目次
第一章 緒論
1.1 引言
1.2 目標跟蹤概況
1.2.1 單目標跟蹤發展概況
1.2.2 多目標跟蹤發展概況
1.2.3 數據融合發展概況
1.2.4 編隊目標跟蹤概況
1.2.5 典型目標跟蹤系統
1.3 群目標跟蹤理論
1.3.1 群目標跟蹤產生背景
1.3.2 群目標跟蹤思想形成
1.3.3 群目標概念與內涵
1.3.4 群目標跟蹤原理
1.3.5 群目標跟蹤應用前景
1.4 范圍與概貌
1.5 小結
第二章 基礎知識
2.1 常用術語
2.2 卡爾曼濾波
2.2.1 濾波描述
2.2.2 濾波器模型
2.2.3 濾波與預測模型小結
2.3 目標運動模型
2.3.1 問題描述
2.3.2 基本運動模型
2. 4多目標跟蹤基本算法
2.4.1 概述
2.4.2 最近鄰域關聯算法
2.4.3 概率數據關聯算法
2.4.4 聯合概率數據關聯算法
2.4.5 廣義概率數據關聯
2.5 小結
第三章 群目標分群檢測與群起始
3.1 引言
3.2 群目標分群檢測算法
3.2.1 編隊目標分群方法分析
3.2.2 群目標形成的目標間距準則
3.2.3 基于點跡的群目標分群檢測
3.3 基于群目標幾何中心的群起始
3.3.1 編隊目標航跡起始分析
3.3.2 基于幾何中心的群起始
3.4 小結
第四章 單群目標數據關聯與航跡維持
4.1 引言
4.2 群目標關聯門與跟蹤門
4.2.1 群目標跟蹤門
4.2.2 群目標關聯門
4.3 單群目標最近鄰-全鄰數據關聯算法
4.3.1 群目標量測權值計算
4.3.2 單群目標數據關聯
4.4 小結
第五章 多群目標數據關聯與航跡維持
5.1 引言
5.2 雙重多多對應的多群目標數據關聯思想
5.3 多群目標關聯門交叉檢測矩陣的建立
5.4 多群目標公共量測分離檢測矩陣的建立
5.5 多群目標聯合關聯概率與等效量測計算
5.6 小結
第六章 群目標合并分離檢測與態勢認知
6.1 引言
6.2 群目標機動描述
6.3 編隊目標合并與分離檢測方法分析
6.3.1 基于邊緣航跡的編隊目標合并與分離檢測方法
6.3.2 基于目標間距的編隊目標合并與分離檢測方法
6.4 群目標合并算法
6.4.1 基于關聯門準則的點跡與航跡合并算法
6.4.2 基于指向-隱含速度約束的航跡與航跡合并算法
6.5 群目標分離檢測算法研究
6.5.1 群目標分離檢測的基本思想
6.5.2 關聯門內預置子波門的二次關聯分離檢測算法
6.6 等效量測平穩過渡與群撤銷算法
6.6.1 等效量測平穩過渡算法
6.6.2 群撤銷算法
6.7 小結
第七章 群目標跟蹤算法仿真
7.1 引言
7.2 仿真條件
7.3 仿真結果與分析
7.3.1 群目標跟蹤基本構架驗證
7.3.2 分群檢測與群起始算法驗證
7.3.3 單群目標數據關聯與航跡維持算法驗證
7.3.4 多群目標數據關聯與航跡維持算法驗證
7.3.5 群目標合并與平穩過渡算法驗證
7.3.6 群目標分離檢測與群撤銷算法驗證
7.3.7 密集目標跟蹤能力與虛假量測抑制能力驗證
7.4 小結
參考文獻
書摘/試閱
第一章 緒論
1．1 引言
無論動物的生存還是人類的生活，目標跟蹤都是現實世界中的基本問題。例如獅子捕獲獵物，它的眼睛必須始終盯準獵物，才能獵取到獵物。因此，在諸如彈道導彈防御、空防預警、海面與地面戰場監視和空中交通管制等軍事和民用領域，可靠而精確地跟蹤目標始終是雷達等傳感器跟蹤系統追求的目標。
隨著現代探測技術的發展、武器裝備的進步、目標及其環境復雜性的增加，目標跟蹤系統面臨諸多新問題與新挑戰。
從目標本身來說，存在抗探測手段的多樣性、機動方式的復雜性、來襲多目標的密集性等問題；從探測環境來說，存在自然干擾不斷增多、人為干擾日益復雜等問題；從探測設備來說，多回波既存在于多目標情況下，也存在于單個擴展目標情況下；從戰場態勢來說，存在參戰目標數量眾多、功能多樣與位置交錯等問題。因此，現代目標跟蹤系統不僅面臨干擾背景下擴展目標、密集多目標的運動狀態估計問題，而且面臨敵、我、友多方力量交錯形成的復雜戰場態勢下的目標跟蹤，以及彼此之間的態勢描述問題。
本章首先介紹目標跟蹤的基本概況、典型多目標跟蹤系統及面臨的基本問題，在此基礎上，給出群目標產生背景、提出群目標概念、明確群目標跟蹤思想，闡述群目標跟蹤基本原理。
1．2 目標跟蹤概況
目標跟蹤技術有多種分類方法，這些方法既可以根據傳感器的種類來劃分，也可以按照所采用的跟蹤方法來區分，還可以根據需要跟蹤的目標數量來分類等。按目標數量，大體上可以分為單目標跟蹤（SinglcTargetTacking，STT）與多目標跟蹤（Multi—TargetTracking，MTT）兩類。單目標跟蹤包括單傳感器單目標、多傳感器單目標兩種，而多目標跟蹤包括單傳感器多目標、多傳感器多目標兩種。
……
1．1 引言
無論動物的生存還是人類的生活，目標跟蹤都是現實世界中的基本問題。例如獅子捕獲獵物，它的眼睛必須始終盯準獵物，才能獵取到獵物。因此，在諸如彈道導彈防御、空防預警、海面與地面戰場監視和空中交通管制等軍事和民用領域，可靠而精確地跟蹤目標始終是雷達等傳感器跟蹤系統追求的目標。
隨著現代探測技術的發展、武器裝備的進步、目標及其環境復雜性的增加，目標跟蹤系統面臨諸多新問題與新挑戰。
從目標本身來說，存在抗探測手段的多樣性、機動方式的復雜性、來襲多目標的密集性等問題；從探測環境來說，存在自然干擾不斷增多、人為干擾日益復雜等問題；從探測設備來說，多回波既存在于多目標情況下，也存在于單個擴展目標情況下；從戰場態勢來說，存在參戰目標數量眾多、功能多樣與位置交錯等問題。因此，現代目標跟蹤系統不僅面臨干擾背景下擴展目標、密集多目標的運動狀態估計問題，而且面臨敵、我、友多方力量交錯形成的復雜戰場態勢下的目標跟蹤，以及彼此之間的態勢描述問題。
本章首先介紹目標跟蹤的基本概況、典型多目標跟蹤系統及面臨的基本問題，在此基礎上，給出群目標產生背景、提出群目標概念、明確群目標跟蹤思想，闡述群目標跟蹤基本原理。
1．2 目標跟蹤概況
目標跟蹤技術有多種分類方法，這些方法既可以根據傳感器的種類來劃分，也可以按照所采用的跟蹤方法來區分，還可以根據需要跟蹤的目標數量來分類等。按目標數量，大體上可以分為單目標跟蹤（SinglcTargetTacking，STT）與多目標跟蹤（Multi—TargetTracking，MTT）兩類。單目標跟蹤包括單傳感器單目標、多傳感器單目標兩種，而多目標跟蹤包括單傳感器多目標、多傳感器多目標兩種。
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