一種分而治之航跡關聯方法與流程
2023-05-28 01:46:26 2
本發明隸屬於信息融合領域，涉及一種多源航跡關聯方法，適用於具有較大共視區域的多種手段或多種系統間的航跡關聯，可實現廣域範圍內大量目標多源航跡的快速關聯。
背景技術：
航跡關聯是對不同手段不同系統上報的多條目標航跡進行關聯處理，以期實現同一目標多源航跡的正確關聯歸類，為後續的航跡去重複或融合處理提供依據，從而確保一個目標只對應一條目標航跡，即保證目標航跡具有唯一性，因此航跡關聯是多源信息融合的關鍵技術和核心環節，不可或缺。如果不進行航跡關聯或航跡關聯效果差，則難免會出現一個目標對應多條航跡的情況，嚴重影響後續態勢分析的準確性。由於多個信源的航跡關聯問題通常被轉換為多個兩個信源的航跡關聯問題進行解決，因此通常以兩個信源的航跡關聯為典型問題進行研究。現有的航跡關聯方法側重於通過設計構建複雜的關聯繫數計算模型，來提高改善算法性能，然而複雜的關聯繫數計算模型勢必會帶來算法耗時的增加。由於現有的航跡關聯方法需要依次計算兩個信源所有航跡間的航跡關聯繫數，航跡關聯算法耗時等於單次關聯繫數計算耗時乘以兩個信源上報航跡數量，當共識區域較小時，區域內各源上報航跡較少，算法耗時並不會顯著增加，但當共識區域較大時，區域內各源上報航跡較多，算法耗時將會顯著增加，譬如假設單次關聯繫數計算耗時增加1毫秒，當兩個信源各上報10條航跡時，航跡關聯算法耗時將會增加0.1秒，但當兩個信源各上報100條航跡時，航跡關聯算法耗時將會增加10秒，嚴重影響算法的實時性，因此在較大共視區域情況下，算法耗時將會隨著目標數量非線性增加，複雜度較高的航跡關聯算法將無法直接應用，而即使複雜度低、計算簡單的航跡關聯算法也有可能由於目標航跡太多，算法實時性受到嚴重影響。
技術實現要素：
本發明的目的是提出一種分而治之航跡關聯方法，採用分而治之思想，通過把大區域內的航跡關聯問題轉換為多個小區域內的航跡關聯問題，並通過現有航跡關聯算法並行解決多個小區域內航跡關聯問題，來實現大量目標航跡關聯，旨在解決較大共視區域下，甚至全球範圍內，多源航跡關聯算法耗時大的問題。
本發明所述的一種分而治之航跡關聯方法，其具體包括以下技術措施：首先預先對信源a與信源b共識區域進行柵格劃分，並計算各信源上報航跡的柵格位置，進而按照柵格位置對信源上報航跡進行分組。然後不同柵格內航跡數據後續將按相同的處理方法同時進行並行處理：對處於同一柵格內的信源a與信源b航跡進行處理，依次計算同一柵格內信源a所有航跡與信源b所有航跡間的距離，並與粗關聯門限進行比較，生成區域邏輯關聯矩陣；對區域邏輯關聯矩陣進行拆分，生成儘可能多且相互獨立的塊邏輯關聯矩陣；採用現有的航跡關聯算法，依次或並行對各個塊邏輯關聯矩陣對應的航跡進行處理；根據塊邏輯關聯矩陣，計算生成相應的塊關聯繫數矩陣，並按照現有的航跡關聯判決方法進行判決處理，生成塊邏輯關聯矩陣所對應信源a與信源b航跡間的關聯關係；把柵格內所有塊邏輯關聯矩陣生成的關聯關係進行合併，得到該柵格內所有信源a與信源b航跡間的關聯關係。最後把所有柵格生成的關聯關係進行合併，即得到信源a與信源b所有航跡間的關聯關係。
本發明提出的一種分而治之航跡關聯方法，可顯著降低大量目標情形下航跡關聯耗時，提高航跡關聯效率。
附圖說明
圖1是一種分而治之航跡關聯方法流程圖；
圖2是區域邏輯關聯矩陣拆分示意圖。
具體實施方式
本發明提出的一種分而治之航跡關聯方法的技術方案包括以下步驟：
步驟1：預先對信源a與信源b共識區域進行柵格劃分，具體包括以下子步驟：
步驟1.1：首先選定以共識局域為中心，並且面積稍大於共識區域的矩形空間為待劃分空間；
步驟1.2：按照不同間隔依次從橫向縱向對矩形空間進行等分，生成多個柵格區域；
步驟1.3：按照從上到下、從左到右的順序，依次對柵格進行編號，並根據柵格編號與柵格區域空間的對應關係，構建柵格區域相應編號的計算函數ns＝g(x,y)，其中g(·)為計算函數，(x,y)為航跡點的坐標，根據空間的設定，可以是直角坐標系坐標，也可以是地理坐標系經緯坐標，ns為計算得到的柵格編號。另外需要說明的是，如果信源的探測對象是空中目標，柵格區域應劃分大一些，如果探測對象是海上目標，柵格區域應劃分小一些；
步驟1.4：採用函數ns＝g(x,y)，基於各信源上報航跡的最新航跡點位置，計算各信源上報航跡的柵格編號，並根據航跡柵格編號，對各信源上報航跡進行分組；
假設信源a上報的航跡編號集合為ωa，信源b為ωb，則通過分組後，柵格空間q包含的信源a航跡集合為信源b航跡集合為其表示為
其中k為最新航跡點序號，為信源a航跡i在時刻的位置，為信源b航跡j在時刻的位置。
步驟2：計算同一柵格內信源a所有航跡與信源b所有航跡間的距離，並與粗關聯門限進行比較，生成區域邏輯關聯矩陣，對每個柵格空間中的信源a航跡和信源b航跡進行並行處理，具體包括以下步驟：
步驟2.1：利用航跡當前航跡點的位置時間航速信息，依次計算柵格空間q內信源a航跡與信源b航跡間的距離d；
其中表示信源a航跡m在時刻x,y方向上的速度，表示柵格空間q內信源a第i個航跡的航跡編號，表示柵格空間q內信源b第j個航跡的航跡編號，
步驟2.2：與粗關聯門限λb進行比較，如果小於等於門限，則為真，如果大於門限，則為假；
步驟2.3：進而生成區域邏輯關聯矩陣l。
步驟3：對區域邏輯關聯矩陣l進行拆分，生成儘可能多的塊邏輯關聯矩陣o，並且保證任意塊邏輯關聯矩陣中的信源a航跡與其他任意塊邏輯關聯矩陣中的信源b航跡在區域邏輯關聯矩陣l中的對應量為0，即
其中n(o)表示l拆分生成的o個數，row(·)表示矩陣的行數，col(·)表示矩陣的列數，表示塊邏輯關聯矩陣o第i行對應信源a航跡在l矩陣中對應的行數，表示塊邏輯關聯矩陣o第j列對應信源b航跡在l矩陣中對應的列數；
一種區域邏輯關聯矩陣快速拆分方法具體包括以下步驟：
步驟3.1：初始化變量集合tr,tc為空，塊關聯矩陣個數為l＝0，待拆分的區域邏輯關聯矩陣為l；
步驟3.2：判斷l所有元素是否均為0，如果是，轉到步驟g，如果不是，往下進行；
步驟3.3：判斷tr是否為空，如果為空，不進行處理；如果不為空，獲取l矩陣第tr(1)行所有非0元素的列位置，並把獲取的列位置集合與tc進行集合併處理，處理結果賦予tc集合，然後把l矩陣第tr(1)行所有元素賦0，並把tr(1)加入orl集合，同時從tr中刪除；
步驟3.4：判斷tc是否為空：如果為空，不進行處理；如果不為空，獲取l矩陣第tc(1)列所有非0元素的行位置，並把獲取的行位置集合與tr進行集合併處理，處理結果賦予tr集合，然後把l矩陣第tc(1)列所有元素賦0，並把tc(1)加入ocl集合，同時從tc中刪除；
步驟3.5：判斷tr與tc是否同時為空，如果是，查找l矩陣中任意一個非0元素的位置，並把其行位置賦予tr，列位置賦予tc，塊關聯矩陣個數加1，即l＝l+1，同時初始化orl,ocl為空；
步驟3.6：跳轉到步驟3.2進行處理；
步驟3.7：把tc加入ocl集合，把tr加入orl集合，判斷orl,ocl是否為空，如果是，刪除orl,ocl，並且塊關聯矩陣個數減1，即l＝l-1；
步驟3.8：對i＝1:l，所有的ori,oci變量，按從小到大順序進行變量內數據排序，然後提取l中ori行oci列元素賦予oi，即得到塊邏輯關聯矩陣oi，其中ori表示oi每行在l矩陣中的對應行位置，oci表示oi每列在l矩陣中的對應列位置。
步驟4：採用現有的航跡關聯算法，依次或並行對各個塊邏輯關聯矩陣對應的航跡進行處理：
步驟4.1：採用現有的航跡關聯繫數計算方法，計算塊邏輯關聯矩陣ol所對應信源a航跡與信源b航跡間的關聯繫數，進而生成與塊邏輯關聯矩陣ol相對應的關聯繫數矩陣ρl。譬如採用加權航跡關聯算法，計算信源a航跡與信源b航跡連續多個時刻統計距離的加權值，作為航跡間的關聯繫數；
步驟4.2：根據設置的關聯門限λ，對關聯繫數矩陣進行門限判決；
步驟4.3：採用經典分配算法或廣義拍賣算法等方法，對關聯繫數矩陣ρl進行處理，生成塊邏輯關聯矩陣ol所對應信源a與信源b航跡間的關聯集合對於任意一個關聯對表示信源a編號i航跡與信源b編號j航跡相關聯。
步驟5：合併關聯關係，得到信源a與信源b所有航跡間的關聯關係，具體包括以下步驟：
步驟5.1：把所有塊邏輯關聯矩陣生成的關聯關係集合直接進行合併，得到該柵格內所有信源a與信源b航跡間的關聯集合ηq；
步驟5.2：把所有柵格生成的關聯關係集合直接進行合併，即可得到信源a與信源b所有航跡間的關聯關係η；
其中n(s)表示柵格空間個數。