基于随机有限集理论的多扩展目标跟踪技术综述
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第 １７卷 第 ３期
空 军 工 程 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
２０１６年 ６月
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＩＲ ＦＯＲＣＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＥＤＩＴＩＯＮ）
Ｖ０１．１７ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１６
基于随机有 限集理论的多扩展 目标跟踪技术综述
冯新 喜 ， 蒲 磊 ， 孔 云 波 ， 王 雪
（空 军 工 程 大 学 信 息 与导 航 学 院 ，西 安 ，７１００７７）
摘 要 随着传 感器 分 辨 率 的不 断提 高 ，扩展 目标 跟 踪技 术在 实 际应用 中的作 用 日益 凸显 。传 统 的基 于数 据 关联 的 目标 跟 踪 方法在 对 多扩 展 目标 进 行 跟踪 时难 以适用 ，而基 于 随机 有 限集 理论 的方法 由于避 免 了数 据 关联 的 困扰 而得 到 了广 泛 的 关注 和 大 量 的研 究。通 过 对 近年 来 基 于 随 机有 限集理论 的 多扩 展 目标 跟踪 技术 研 究现 状进 行 了综 合 分析 ，包 括 外形 建模 方 法、最 优 多 目 标 跟 踪 贝 叶斯滤 波器 的各 类近 似 技术 以及 基 于 随机 有 限集 的 多扩 展 目标 跟踪 算 法 的 性 能评 价 指标 等 。最 后在 已有 研 究发展 的基础 上 ，提 出 了基 于 随机有 限 集理论 的多扩 展 目标 跟 踪技 术 需 重 点关注 和 解决 的若 干 问题 ，包 括 如 何将 外形 建 模 与群 目标 轮 廓建 模 进 行 结合 、多机 动扩 展 目 标 跟 踪 、多扩 展 目标 跟踪 性 能评价 指标 、非 线 性非 高斯 下 的扩 展 目标 跟踪 、非 标准 量 测 下 的扩 展 目标 跟 踪等 问题 。 关 键 词 扩展 目标 ；外形 建模 ；随机 有 限集 理论 ；评价 指 标 ＤＯＩ １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—３５１６．２０１６．０３．０１８ 中图 分类 号 ＴＮ９５３ 文 献标 志码 Ａ 文章编 号 １００９—３５１６（２０１６）０３—００９３—０７
Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｍ ｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｔａｒｇｅｔｓ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＩＳＳＴ
ＦＥＮＧ Ｘｉｎｘｉ，ＰＵ Ｌｅｉ，Ｋ０Ｎ Ｇ Ｙｕｎｂｏ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｕｅ （Ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００７７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ＦＩＳＳＴ—ｂａｓｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｈｅｒｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｕｌｔｉ—ｔａｒｇｅｔ Ｂａｙｅｓ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄ ａｐｐｒｏｘｉｍ ａｔｉｏｎｓ，ＲＦＳ—ｂａｓｅｄ ｔｒａｃｋ—ｖａｌｕｅｄ ｅｓｔｉｍ ａｔｉｏｎ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒ— ｖｉｅｗ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ａｒｅａｓ，ｓｏｍ ｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＲＦＳ—ｂａｓｅｄ ｍｕｌｔｉ— ｐｌｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｐａｙｉｎｇ ａ ｇｒｅａｔ ｄｅａｌ ｏｆ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｆｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｃｏｍ ｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｐｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｇｒｏｕｐ ｔａｒｇｅｔ ｐｒｏｆｉｌｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ，ｍ ｕｌｔｉｐｌｅ ｍ ａ— ｎｅｕｖｅｒｉｎｇ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ， ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｎｏｎ—Ｇ ａｕｓｓｉａｎ，ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｗ ｉｔｈ ｎｏｎ—ｓｔａｎｄａｒｄ ｍ ｅａｓｕｒｅ—
目标 ，并基 于 “一对 一”的“目标一量 测 ”数 据对 运 动状 态进 行估 计 。但近 年 来 ，现代 先 进 传 感 器技 术取 得 了长 足 的进步 ，传感 器 分辨 率不 断提 高 ，目标 占据雷
收 稿 日期 ：２Ｏ１５—１２一Ｏ７ 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 （６１５７１４５８） 作 者 简 介 ：冯 新 喜 （１９６２一），男 ，陕 西 富平 人 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，主 要 从 事 目标 跟 踪 和 信 息融 合 研 究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｘｉｎｘｉ２００５＠ ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｒｎ 通 信 作 者 ：蒲 磊 （１９９１一 ），男 ，四 川Ｉ遂 宁 人 ，硕 士 生 ，主 要从 事 目标 跟 踪 和 信 息 融 合 研 究 ．Ｅ—ｍａｉｌ：３０４０１９４１６＠ ｑｑ．ｃｏｒｎ 引 用 格 式 ：冯 新 喜 ，蒲 磊 ，孔 云 波 ．等 ．基 ｆ 随 机 有 限 集 理 论 的 多扩 展 疆标 跟 睬 技 术 综 述 ｒｊ］．空 军 Ｉ 程 大 学 学 报 ：自然科 学 版 ，２０１６，ｉ７（３）：９３— ９９．ＦＥＮＧ Ｘｉｎｘｉ，ＰＵ Ｌｅｉ，ＫＯＮＧ Ｙｕｎｈｏ，ｅｔ ａ１．Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｍ ｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｔａｒቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅｔｓ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＩＳＳＴＵ２．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｔｅｅ Ｅｎｇｌｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１ ６，ｊ ７（３）ｊ ９３—９９．
ｍ ｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ；ｓｈａｐｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ；ｒａｎｄｏｍ ｆｉｎｉｔｅ ｓｅｔ ｔｈｅｏｒｙ；ｔｒａｃｋ—ｖａｌｕｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
目标跟 踪作 为信 息 融 合 理 论 的重 要 构 成 成 分 ， 其建 模 和跟 踪 滤 波 理 论 及 技 术 得 到 了广 泛 重 视 与研 究 。传 统 的 目标跟 踪方 法一 般 将运 动体 视 为点
空 军 工 程 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
２０１６年 ６月
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＩＲ ＦＯＲＣＥ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮＡＴＵＲＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＥＤＩＴＩＯＮ）
Ｖ０１．１７ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１６
基于随机有 限集理论的多扩展 目标跟踪技术综述
冯新 喜 ， 蒲 磊 ， 孔 云 波 ， 王 雪
（空 军 工 程 大 学 信 息 与导 航 学 院 ，西 安 ，７１００７７）
摘 要 随着传 感器 分 辨 率 的不 断提 高 ，扩展 目标 跟 踪技 术在 实 际应用 中的作 用 日益 凸显 。传 统 的基 于数 据 关联 的 目标 跟 踪 方法在 对 多扩 展 目标 进 行 跟踪 时难 以适用 ，而基 于 随机 有 限集 理论 的方法 由于避 免 了数 据 关联 的 困扰 而得 到 了广 泛 的 关注 和 大 量 的研 究。通 过 对 近年 来 基 于 随 机有 限集理论 的 多扩 展 目标 跟踪 技术 研 究现 状进 行 了综 合 分析 ，包 括 外形 建模 方 法、最 优 多 目 标 跟 踪 贝 叶斯滤 波器 的各 类近 似 技术 以及 基 于 随机 有 限集 的 多扩 展 目标 跟踪 算 法 的 性 能评 价 指标 等 。最 后在 已有 研 究发展 的基础 上 ，提 出 了基 于 随机有 限 集理论 的多扩 展 目标 跟 踪技 术 需 重 点关注 和 解决 的若 干 问题 ，包 括 如 何将 外形 建 模 与群 目标 轮 廓建 模 进 行 结合 、多机 动扩 展 目 标 跟 踪 、多扩 展 目标 跟踪 性 能评价 指标 、非 线 性非 高斯 下 的扩 展 目标 跟踪 、非 标准 量 测 下 的扩 展 目标 跟 踪等 问题 。 关 键 词 扩展 目标 ；外形 建模 ；随机 有 限集 理论 ；评价 指 标 ＤＯＩ １０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９—３５１６．２０１６．０３．０１８ 中图 分类 号 ＴＮ９５３ 文 献标 志码 Ａ 文章编 号 １００９—３５１６（２０１６）０３—００９３—０７
Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｍ ｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｔａｒｇｅｔｓ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＩＳＳＴ
ＦＥＮＧ Ｘｉｎｘｉ，ＰＵ Ｌｅｉ，Ｋ０Ｎ Ｇ Ｙｕｎｂｏ，Ｗ ＡＮＧ Ｘｕｅ （Ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１００７７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ＦＩＳＳＴ—ｂａｓｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｈｅｒｅ．Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｖｅｒｖｉｅｗ ｉｎｃｌｕｄｅ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ｍ ｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｍｕｌｔｉ—ｔａｒｇｅｔ Ｂａｙｅｓ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｄ ａｐｐｒｏｘｉｍ ａｔｉｏｎｓ，ＲＦＳ—ｂａｓｅｄ ｔｒａｃｋ—ｖａｌｕｅｄ ｅｓｔｉｍ ａｔｉｏｎ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒ— ｖｉｅｗ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅｓｅ ａｒｅａｓ，ｓｏｍ ｅ ｋｅｙ ｉｓｓｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ＲＦＳ—ｂａｓｅｄ ｍｕｌｔｉ— ｐｌｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔｓ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｒｅ ｐａｙｉｎｇ ａ ｇｒｅａｔ ｄｅａｌ ｏｆ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ ｆｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ ｃｏｍ ｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｐｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｇｒｏｕｐ ｔａｒｇｅｔ ｐｒｏｆｉｌｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ，ｍ ｕｌｔｉｐｌｅ ｍ ａ— ｎｅｕｖｅｒｉｎｇ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ， ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍ ｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｎｏｎ—Ｇ ａｕｓｓｉａｎ，ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｗ ｉｔｈ ｎｏｎ—ｓｔａｎｄａｒｄ ｍ ｅａｓｕｒｅ—
目标 ，并基 于 “一对 一”的“目标一量 测 ”数 据对 运 动状 态进 行估 计 。但近 年 来 ，现代 先 进 传 感 器技 术取 得 了长 足 的进步 ，传感 器 分辨 率不 断提 高 ，目标 占据雷
收 稿 日期 ：２Ｏ１５—１２一Ｏ７ 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 （６１５７１４５８） 作 者 简 介 ：冯 新 喜 （１９６２一），男 ，陕 西 富平 人 ，教 授 ，博 士 生 导 师 ，主 要 从 事 目标 跟 踪 和 信 息融 合 研 究 ．Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｎｇｘｉｎｘｉ２００５＠ ａｌｉｙｕｎ．ｃｏｒｎ 通 信 作 者 ：蒲 磊 （１９９１一 ），男 ，四 川Ｉ遂 宁 人 ，硕 士 生 ，主 要从 事 目标 跟 踪 和 信 息 融 合 研 究 ．Ｅ—ｍａｉｌ：３０４０１９４１６＠ ｑｑ．ｃｏｒｎ 引 用 格 式 ：冯 新 喜 ，蒲 磊 ，孔 云 波 ．等 ．基 ｆ 随 机 有 限 集 理 论 的 多扩 展 疆标 跟 睬 技 术 综 述 ｒｊ］．空 军 Ｉ 程 大 学 学 报 ：自然科 学 版 ，２０１６，ｉ７（３）：９３— ９９．ＦＥＮＧ Ｘｉｎｘｉ，ＰＵ Ｌｅｉ，ＫＯＮＧ Ｙｕｎｈｏ，ｅｔ ａ１．Ａ Ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ Ｍ ｕｌｔｉｐｌｅ Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｔａｒቤተ መጻሕፍቲ ባይዱｅｔｓ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＩＳＳＴＵ２．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｔｅｅ Ｅｎｇｌｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ，２０１ ６，ｊ ７（３）ｊ ９３—９９．
ｍ ｅｎｔ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｔａｒｇｅｔ；ｓｈａｐｅ ｍ ｏｄｅｌｉｎｇ；ｒａｎｄｏｍ ｆｉｎｉｔｅ ｓｅｔ ｔｈｅｏｒｙ；ｔｒａｃｋ—ｖａｌｕｅｄ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ
目标跟 踪作 为信 息 融 合 理 论 的重 要 构 成 成 分 ， 其建 模 和跟 踪 滤 波 理 论 及 技 术 得 到 了广 泛 重 视 与研 究 。传 统 的 目标跟 踪方 法一 般 将运 动体 视 为点