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针对多目标搜索和跟踪的有限视场多传感器管控算法

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针对多目标搜索和跟踪的有限视场多传感器管控算法

作者：陈科电子科技大学

学位级别：硕士

近些年来,基于随机有限集的多传感器管控技术在多目标跟踪领域受到愈加广泛的关注。传感器管控是指通过决策优化为传感器分配最优的状态以获得质量更好的量测,从而提高多目标状态估计的精度,这对解决复杂环境下的多目标跟踪问题有着重... 详细信息

近些年来,基于随机有限集的多传感器管控技术在多目标跟踪领域受到愈加广泛的关注。传感器管控是指通过决策优化为传感器分配最优的状态以获得质量更好的量测,从而提高多目标状态估计的精度,这对解决复杂环境下的多目标跟踪问题有着重要意义。现有的传感器管控研究大多假设传感器可以观测到所有目标,但实际应用中传感器的视场(Field-of-View,Fo V)是有限的,在保持对视场内已发现目标的跟踪的同时,还应该兼顾视场外未发现目标的搜索。因此本文基于随机有限集理论,针对多目标搜索和跟踪问题,研究了有限视场下的多传感器管控算法,主要的研究内容如下:1.针对有限传感器视场下的多目标跟踪问题,提出了基于概率假设密度(Probability Hypothesis Density,PHD)滤波的多传感器管控算法,在目标随时会离开传感器视场范围的情况下能够实现对视场内已发现目标的精确跟踪。仿真实验验证了该算法的有效性,且该算法相比于通常的未考虑视场影响的多传感器管控算法有更好的跟踪精度。2.针对有限传感器视场下的多目标搜索和跟踪问题,提出了基于泊松多伯努利混合(Poisson Multi-Bernoulli Mixture,PMBM)滤波的多传感器管控算法。该算法对搜索任务和跟踪任务提出联合目标函数用于管控,在保证对传感器视场内已检测到的目标进行跟踪的同时,还可以主动搜索视场外未知的目标并进行跟踪。仿真实验验证了该算法的有效性,且该算法的性能优于针对仅跟踪任务的多传感器管控算法和随机管控策略。3.针对有限传感器视场下的多目标搜索和跟踪问题,为了进一步提高多传感器管控的目标跟踪精度和计算效率,在前面工作的基础上,提出先为每个传感器动态地分配搜索或跟踪任务,再对对应任务的传感器进行决策优化的双阶段多传感器管控算法。仿真实验验证了该算法的有效性,且该算法相比于基于搜索和跟踪联合目标函数的多传感器管控算法拥有更好的跟踪精度和更低的计算复杂度。

关键词：随机有限集多传感器管控有限视场多目标跟踪多传感器融合

一种基于有限视场的移动机器人避障路径规划算法

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空间控制技术与应用 2008年第4期34卷 11-16页

作者：刘祥陈建新北京控制工程研究所

提出一种基于传感器的移动机器人避障路径规划算法。考虑到传感器存在视场范围限制的问题,算法仅利用当前单一视场内的有限环境信息,采用两种搜索模式,以机器人当前的运动方向、障碍物边界端点数据及目标点所在方向为依据,在当前视场中... 详细信息

提出一种基于传感器的移动机器人避障路径规划算法。考虑到传感器存在视场范围限制的问题,算法仅利用当前单一视场内的有限环境信息,采用两种搜索模式,以机器人当前的运动方向、障碍物边界端点数据及目标点所在方向为依据,在当前视场中搜索合适的路径。这两种搜索模式保证了路径最终收敛到目标点。最后,通过仿真实例验证了算法的有效性。

关键词：移动机器人有限视场避障路径规划

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非规则子阵分层设计及阵列波束性能分析

现代雷达 2019年第9期41卷 13-17,48页

作者：董玮徐振海杨功清国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室

相控阵系统的成本控制一直以来是其大规模、批量化应用的瓶颈问题。文中提出了一种基于非规则子阵的阵面分层设计方案,实现低成本控制的同时保证一定的阵列波束性能。首先,通过阵元栅格理论建模及凸松弛优化求解找到首层子阵的布局方案... 详细信息

相控阵系统的成本控制一直以来是其大规模、批量化应用的瓶颈问题。文中提出了一种基于非规则子阵的阵面分层设计方案,实现低成本控制的同时保证一定的阵列波束性能。首先,通过阵元栅格理论建模及凸松弛优化求解找到首层子阵的布局方案;然后,将其作为二级超阵简单拓展至整个阵面,并针对不同结构方案分析了相应的波束扫描电性能指标。仿真试验表明:所提方法在有限视场扫描背景下能够有效抑制栅瓣,同时,其模块化布局保证了工程便利性。

关键词：非规则子阵栅瓣抑制有限视场低成本阵列

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基于多约束凸优化的重叠子阵加权方法

现代雷达 2021年第6期43卷 1-5页

作者：曾晖徐振海杨功清肖顺平国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室长沙410073

为了克服阵列雷达重叠子阵在有限视场扫描时的高副瓣问题,需要对子阵进行加权以形成宽主瓣低副瓣的子阵因子方向图。针对此问题,文中对子阵阵因子的主瓣和副瓣区域进行了精细划分,并在主副瓣区域上对阵因子方向图进行约束;引入了零陷角... 详细信息

为了克服阵列雷达重叠子阵在有限视场扫描时的高副瓣问题,需要对子阵进行加权以形成宽主瓣低副瓣的子阵因子方向图。针对此问题,文中对子阵阵因子的主瓣和副瓣区域进行了精细划分,并在主副瓣区域上对阵因子方向图进行约束;引入了零陷角度和深度的约束更好地限制了第一零点的位置与电平;结合凸优化求解方法实现了平顶子阵阵因子优化。仿真结果表明,所提方法能够在满足方向图扫描范围的前提下有效降低扫描时出现的高副瓣,与传统群体智能算法相比,该方法能保证整个扫描角度上电平的一致性。

关键词：重叠子阵有限视场凸优化副瓣抑制

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蜂拥算法及其在协同自动驾驶中的应用

蜂拥算法及其在协同自动驾驶中的应用

作者：吴国锋电子科技大学

学位级别：硕士

蜂拥(Flocking)现象是自然界中普遍存在却又十分复杂的现象。其对应的蜂拥算法对分布式控制理论产生了很大的推动作用,研究成果更是广泛应用在机器人编队、无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicles,UAVs)、移动传感器网络等领域,近年在协... 详细信息

蜂拥(Flocking)现象是自然界中普遍存在却又十分复杂的现象。其对应的蜂拥算法对分布式控制理论产生了很大的推动作用,研究成果更是广泛应用在机器人编队、无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicles,UAVs)、移动传感器网络等领域,近年在协同自动驾驶中的应用也受到了研究者的关注。本文以蜂拥算法及其在协同自动驾驶中的应用为研究课题,内容包括以下几个方面:1.少数引导智能体蜂拥算法。传统蜂拥算法通过势能函数保持智能体之间的一致性,而实际应用中势能函数的有界性会导致部分非引导智能体从群体中分离,影响最终的蜂拥群形成效果。针对此问题,通过在不改变势能函数的情况下引入使智能体趋向其质心的导航项来改进传统蜂拥算法,理论证明了改进算法的稳定性和速度一致性。为了进一步验证其实用性,将改进的算法应用于移动传感器网络中,结果表明网络中仅发挥少数传感器的探测能力就可以使绝大部分的传感器跟踪目标,极大的减小了传感器网络的功耗。2.基于有限视场的少数引导智能体蜂拥算法。将多智能体网络中的全向探测模型更改为有限视场的传感器模型,并将传感器按一定的角速度旋转,在旋转过程中通过势能函数实现智能体之间的吸引/排斥力。通过稳定性分析和仿真验证,有限视场的蜂拥算法能够实现稳定蜂拥,但是智能体的速度会按照传感器旋转的周期在领导者的速度上下以较小幅度振荡。随后分析了震荡原因,并提出了满足速度一致的有限视场蜂拥算法。最后将有限视场的蜂拥算法与少数引导智能体的蜂拥算法结合,研究分析了有限视场的传感器模型依然能够适应少数引导智能体的蜂拥算法,进一步验证了少数引导智能体蜂拥算法的有效性。3.基于有限视场的协同自动驾驶算法。考虑实际中汽车传感器的有限视场特性,将有限视场传感器模型应用于基于蜂拥算法的协同自动驾驶算法中,仿真实现了算法中的道路驾驶模型、变道模型和刹车模型,验证了算法的有效性,最后运用协同自动驾驶算法通过非线性动态转换方法实现了实际中的两个经典场景。

关键词：蜂拥算法多智能体少数引导智能体有限视场协同自动驾驶