最小工作時長約束下的傳感器調度方法及系統技術方案

本說明書實施例提供了一種最小工作時長約束下的傳感器調度方法及系統，該方法包括依據POMDP方法建立傳感器的動作調度模型；確定各目標狀態模型和傳感器量測模型；以傳感器的跟蹤精度為約束建立目標優化函數；結合IMM

【技術實現步驟摘要】
最小工作時長約束下的傳感器調度方法及系統


[0001]本文件涉及傳感器調度
，尤其涉及一種最小工作時長約束下的傳感器調度方法及系統。

技術介紹

[0002]空中目標跟蹤是航空航天等探測系統的關鍵技術之一，目標跟蹤中以雷達等為代表的單傳感器由于偵測范圍有限、冗余能力不足、靈活性差、易暴露等問題，難以滿足作戰任務需要，為此，通過采取多傳感器調度的方法，有針對性的分配傳感器資源及探測時間區間，以達到提升目標跟蹤精度、增強系統生存能力、擴大偵測覆蓋范圍及優化信號處理效果等改善傳感器系統性能的目的。
[0003]根據決策依據的時間尺度，可將傳感器調度方法分為短時調度和長時調度，但長時調度方法考慮多步累計收益，雖然增加了一定計算量，但優化性能要明顯優于短時調度，不過，由于兩類方法均未對單個傳感器的工作時間進行約束，導致存在因頻繁切換而使系統響應延遲大量累積，進而降低目標跟蹤精度的問題。
[0004]現有技術中，為應對相控陣雷達跟蹤中存在的時延問題，引入調度代價以確保任務優先級，但該方法可操作性不強，容易丟失最優解；還有方法對傳感器每次執行觀測任務的時長進行了約束，若當前傳感器完成了此輪觀測，則立即擇優選取其它傳感器執行任務，由于該方法放棄了過多的可選方案，導致調度效果明顯欠佳；還有對傳感器每次執行任務的時長進行了約束，但規定了達到基本時長后，仍可依據下步預測結果繼續調用當前傳感器，保留了更多可選方案，優化效果不佳。
[0005]現有技術中，在確保跟蹤精度的同時，并未考慮降低傳感器頻繁切換所帶來的目標跟蹤的穩定性差的使用代價，即切換代價的問題，有鑒于此，在上述問題背景情況下，亟需提供一種針對多傳感器目標跟蹤中系統頻繁切換的問題，實現傳感器合理調度的方法。

技術實現思路

[0006]本說明書一個或多個實施例提供了一種最小工作時長約束下的傳感器調度方法，包括以下步驟：
[0007]依據POMDP方法建立系統傳感器的動作調度模型；確定系統中各目標狀態模型和傳感器量測模型；以傳感器的跟蹤精度為約束條件建立目標優化函數；基于各目標狀態模型和傳感器量測模型，結合IMM算法與FQPF算法，確定各目標的目標估計狀態；依據計算的各目標的目標估計狀態，通過PCRLB條件作為衡量指標，計算傳感器在最小工作約束條件下的多目標長時目標跟蹤精度；以多目標長時跟蹤精度為決策依據，根據設定的各傳感器的最小工作時長為約束條件，結合建立的目標優化函數及預設的跟蹤任務時長，確定傳感器調度策略。
[0008]本說明書一個或多個實施例提供了一種最小工作時長約束下的傳感器調度系統，包括傳感器動作調度模型建立單元：依據POMDP方法建立系統傳感器的動作調度模型；
[0009]目標狀態模型建立單元：用于針對系統中各目標建立狀態模型；
[0010]傳感器量測模型建立單元：用于針對系統中各傳感器建立量測模型；
[0011]目標優化函數建立單元：用于以傳感器的跟蹤精度為約束條件建立的目標優化函數；
[0012]目標估計狀態計算單元：基于目標狀態模型建立單元和傳感器量測模型建立單元分別建立的狀態模型和量測模型，結合IMM算法與FQPF算法，確定各目標的目標估計狀態；
[0013]多目標長時目標跟蹤精度計算單元：依據確定的各目標的目標估計狀態，通過PCRLB作為衡量指標，計算傳感器在最小工作約束條件下的多目標長時目標跟蹤精度；
[0014]傳感器調度策略確定單元：以多目標長時目標跟蹤精度計算單元的計算結果為決策依據，根據設定的各傳感器的最小工作時長為約束條件，結合目標優化函數建立單元建立的目標優化函數及預設的跟蹤任務時長，確定傳感器調度策略。
[0015]本說明書一個或多個實施例提供了一種計算機設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述所述最小工作時長約束下的傳感器調度方法。
[0016]本說明書一個或多個實施例提供了一種存儲介質，所述計算機可讀存儲介質存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述所述最小工作時長約束下的傳感器調度方法。
[0017]本專利技術以多傳感器跟蹤多目標為應用場景，利用IMM
?
FQPF濾波算法和PCRLB實現目標跟蹤精度預測，引入最小工作時長約束策略，提出了切換代價控制的調度方法MTSM。仿真實驗表明，所提最小工作時長約束調度方法MTSM跟蹤效果穩定，在保證一定目標跟蹤精度的基礎上，有效降低了傳感器切換代價。
附圖說明
[0018]為了更清楚地說明本說明書一個或多個實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本說明書中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019]圖1為本說明書一個或多個實施例提供的最小工作時長約束下的傳感器調度方法的流程圖；
[0020]圖2為本說明書一個或多個實施例提供的最小工作時長約束下的傳感器調度方法的最小工作時長約束調度方法流程圖；
[0021]圖3為本說明書提供的仿真實驗中的目標運動軌跡圖；
[0022]圖4為本說明書提供的仿真實驗中的傳感器調度序列圖；
[0023]圖5為本說明書提供的仿真實驗中方法MTSM與MSM、FTSM在不同閾值條件下，以及NSM、各傳感器單獨工作時，仿真時間內各時刻目標估計狀態的均方根誤差對比圖；
[0024]圖6為本說明書提供的仿真實驗中不同跟蹤精度閾值條件下MTSM的調度性能對比圖；
[0025]圖7為本說明書提供的仿真實驗中不同跟蹤精度閾值條件下任務時間內滿足閾值要求的時長對比圖；
[0026]圖8為本說明書提供的仿真實驗中不同最小工作時長下MTSM調度得到的RMSE對比圖；
[0027]圖9為本說明書提供的仿真實驗中不同最小工作時長下MTSM調度得到的ST示意圖；
[0028]圖10為本說明書一個或多個實施例提供的最小工作時長約束下的傳感器調度系統的框架示意圖；
[0029]圖11為本說明書一個或多個實施例提供的一種計算機設備的結構示意圖。
具體實施方式
[0030]為了使本
的人員更好地理解本說明書一個或多個實施例中的技術方案，下面將結合本說明書一個或多個實施例中的附圖，對本說明書一個或多個實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本說明書的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本說明書一個或多個實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本文件的保護范圍。
[0031]下面結合具體實施方式和說明書附圖對本專利技術做出詳細的說明。
[0032]系統實施例
[0033]根據本專利技術實施例，提供了一種最小工作時長約束下的傳感器調度方法，如圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.最小工作時長約束下的傳感器調度方法，其特征在于，包括以下步驟：依據POMDP方法建立系統傳感器的動作調度模型；確定系統中各目標狀態模型和傳感器量測模型；以傳感器的跟蹤精度為約束條件建立目標優化函數；基于各目標狀態模型和傳感器量測模型，結合IMM算法與FQPF算法，確定各目標的目標估計狀態；依據計算的各目標的目標估計狀態，通過PCRLB條件作為衡量指標，計算傳感器在最小工作約束條件下的多目標長時目標跟蹤精度；以多目標長時跟蹤精度為決策依據，根據設定的各傳感器的最小工作時長為約束條件，結合建立的目標優化函數及預設的跟蹤任務時長，確定傳感器調度策略。2.如權利要求1所述的最小工作時長約束下的傳感器調度方法，其特征在于，所述基于各目標狀態模型和傳感器量測模型，結合IMM算法與FQPF算法，確定各目標的目標估計狀態包括步驟：目標模型初始狀態數據交互；根據初始化數據交互結果，通過FQPF濾波算法，進行模型濾波估計；根據模型濾波估計結果更新模型概率；根據模型濾波估計結果及更新的模型概率，進行數據估計融合，計算獲得目標的目標估計狀態。3.如權利要求1所述的最小工作時長約束下的傳感器調度方法，其特征在于，所述依據計算的各目標的目標估計狀態，通過PCRLB條件作為衡量指標，計算傳感器在最小工作約束條件下的多目標長時目標跟蹤精度包括步驟：系統參數初始化，包括當前k時刻傳感器n的最小工作時長，系統在時域內僅調度傳感器n工作，確定調度動作，步長h取值范圍；k+h
?
3時刻傳感器系統跟蹤目標m得到運動狀態模型概率矩陣為k+h
?
2時刻得到的估計狀態為協方差矩陣為運動狀態模型概率矩陣為且初始時刻h值；選取上一時刻中概率最大的模型作為獲取目標狀態轉移矩陣及k+h
?
1時刻最大模型概率對應的狀態轉移矩陣根據目標估計狀態和狀態轉移矩陣確定k+h
?
1時刻的目標狀態預測值進而結合k+h
?
1時刻的狀態轉移矩陣確定k+h時刻的目標狀態預測值根據目標狀態預測值確定k+h
?
1、k+h時刻傳感器n對目標m的量測預測值根據k+h
?
2時刻的及目標m的量測預測值結合目標估計狀態計算過程，確定k+h
?
1時刻的目標估計狀態預測值協方差矩陣預測值以及k+h
?
1時刻的運動狀態模型概率矩陣預測值
根據目標估計狀態預測值滿足后驗克拉美羅下界條件，定義Fisher信息矩陣；根據k+h
?
1時刻的運動狀態模型概率矩陣預測值預測k+h時刻的目標動態模型；確定目標狀態轉移先驗...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吉兵，安雷，李召瑞，崔佩璋，霍曉磊，
申請(專利權)人：中國人民解放軍陸軍工程大學，
類型：發明
國別省市：