基于傳感器軌跡id在phd濾波器中合并強(qiáng)度的制作方法
【專利說明】基于傳感器軌跡ID在PHD濾波器中合并強(qiáng)度
相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0001]本申請(qǐng)涉及如下共同待審的美國(guó)專利申請(qǐng)，其由此通過引用并入本文:
[0002]與本申請(qǐng)同一日期提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/448803(代理人案號(hào)H0043754)，標(biāo)題為 “UPDATING INTENSITIES INA PHD FILTER BASED ON A SENSOR TRACKID”；
[0003]與本申請(qǐng)同一日期提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/448813(代理人案號(hào)H0045529)，標(biāo)題為“ADJUSTING WEIGHT OF INTENSITY IN A PHD FILTER BASED ON SENSORTRACK ID”；以及
[0004]與本申請(qǐng)同一日期提交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)14/448819(代理人案號(hào)H0045530)，標(biāo)題為 “TWO STEP PRUNING IN A PHD FILTER”。
【背景技術(shù)】
[0005]查看并躲避或感測(cè)并躲避(SAA)的目標(biāo)是給無人機(jī)系統(tǒng)(UAS)提供如下能力:利用或者不利用激活的、基于應(yīng)答器的防撞系統(tǒng)執(zhí)行自隔離和對(duì)于所有空中交通的碰撞避免。SAA需要UAS檢測(cè)并跟蹤所有權(quán)飛行器進(jìn)行操作的附近區(qū)域中的入侵飛行器以識(shí)別執(zhí)行自隔離和碰撞避免所需的指導(dǎo)機(jī)動(dòng)飛行。檢測(cè)和跟蹤功能是UAS SAA能力的關(guān)鍵使能器，因?yàn)閁AS針對(duì)未檢測(cè)的、未跟蹤的入侵飛行器不能執(zhí)行自隔離或碰撞避免機(jī)動(dòng)飛行。檢測(cè)功能是指使用監(jiān)視傳感器測(cè)量入侵飛行器相對(duì)所有權(quán)UAS的位置。跟蹤功能是指把監(jiān)視傳感器測(cè)量值融合在一起以便估計(jì)入侵飛行器相對(duì)所有權(quán)UAS的軌道統(tǒng)計(jì)值(在此也稱為軌跡)。監(jiān)視傳感器提供具有對(duì)應(yīng)測(cè)量ID的測(cè)量值，測(cè)量ID可以在時(shí)間上是相關(guān)的或在時(shí)間上是隨機(jī)的。
[0006]跟蹤功能使用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法把測(cè)量值分配給當(dāng)前軌跡來估計(jì)入侵飛行器的軌跡，濾波器把傳感器測(cè)量值與軌跡統(tǒng)計(jì)值的當(dāng)前估計(jì)融合，并且軌道管理器監(jiān)督傳感器融合操作，啟動(dòng)軌跡，保持軌跡并刪除軌跡。
[0007]一個(gè)跟蹤系統(tǒng)使用隨機(jī)有限集(RFS)跟蹤在所有權(quán)UAS的環(huán)境中運(yùn)行的多個(gè)入侵飛行器(IA)。RFS是針對(duì)多IA跟蹤的多重假設(shè)檢驗(yàn)(MHT)方法的一部分。RFS將多IA跟蹤問題設(shè)計(jì)成集值狀態(tài)空間，其中集值狀態(tài)向量和集值測(cè)量向量的統(tǒng)計(jì)值使用他們的一階矩(在此也稱為強(qiáng)度)來近似并被應(yīng)用在貝葉斯濾波器框架中以使用高斯混合來估計(jì)IA軌跡統(tǒng)計(jì)值。產(chǎn)生的濾波器稱為概率假設(shè)密度(PHD)濾波器。強(qiáng)度涉及集值狀態(tài)空間的要素的權(quán)重、狀態(tài)平均向量和狀態(tài)協(xié)方差矩陣，在集值狀態(tài)空間中該要素對(duì)應(yīng)于軌跡的統(tǒng)計(jì)值。
[0008]基本PHD濾波器通常通過比較兩個(gè)強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)值之間的Malhanobis距離來聚集新的、當(dāng)前的和測(cè)量值到軌跡強(qiáng)度。如果此距離低于用戶選擇的閾值，則兩個(gè)強(qiáng)度被認(rèn)為是起源于同一 IA。此過程包括將全部可能的強(qiáng)度對(duì)與閾值比較。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種利用概率假設(shè)密度濾波器跟蹤多個(gè)物體的方法。該方法包括通過組合來自一個(gè)或多個(gè)第一傳感器的一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)量值生成第一強(qiáng)度，其中軌跡ID的第一集合包括一個(gè)或多個(gè)軌跡ID，該一個(gè)或多個(gè)軌跡ID由與所述一個(gè)或多個(gè)第一測(cè)量值中其相應(yīng)的測(cè)量值對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)第一傳感器提供，其中第一強(qiáng)度包括在第一時(shí)間(at a first time)的物體軌跡統(tǒng)計(jì)值的權(quán)重、狀態(tài)平均向量和狀態(tài)協(xié)方差矩陣。通過組合來自一個(gè)或多個(gè)第二傳感器的一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)量值來生成第二強(qiáng)度，其中軌跡ID的第二集合包括一個(gè)或多個(gè)軌跡ID，該一個(gè)或多個(gè)軌跡ID由與所述一個(gè)或多個(gè)第二測(cè)量值中其相應(yīng)的測(cè)量值對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)第二傳感器提供，其中第二強(qiáng)度包括在所述第一時(shí)間的物體軌跡統(tǒng)計(jì)值的權(quán)重、狀態(tài)平均向量和狀態(tài)協(xié)方差矩陣。軌跡ID的第一集合與軌跡ID的第二集合比較，并且基于軌跡ID的第一集合中的任何軌跡ID與軌跡ID的第二集合中的任何軌跡ID是否匹配，選擇性地把第一強(qiáng)度與第二強(qiáng)度合并。
【附圖說明】
[0010]應(yīng)當(dāng)理解，附圖僅描述示例性實(shí)施例，并因此不被認(rèn)為在范圍上是限制性的，將通過使用附圖以附加的明確性和細(xì)節(jié)描述示例性實(shí)施例，其中:
[0011]圖1是示例環(huán)境的方框圖，該環(huán)境中可以使用基于PHD濾波器的跟蹤系統(tǒng)。
[0012]圖2是在圖1環(huán)境中使用的示例跟蹤系統(tǒng)的方框圖。
[0013]圖3是用于利用圖2的跟蹤系統(tǒng)跟蹤多個(gè)物體的示例方法的流程圖。
[0014]依照慣例，各種描述的特征未按比例繪制，但被繪制為強(qiáng)調(diào)與示例性實(shí)施例相關(guān)的特定特征。
【具體實(shí)施方式】
[0015]在此所述主題提供一種通過使用軌跡標(biāo)識(shí)符(ID)在概率假設(shè)密度(PHD)濾波器中合并強(qiáng)度的方法，該軌跡標(biāo)識(shí)符(ID)由獲得與強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的物體測(cè)量值的一個(gè)或多個(gè)傳感器提供。軌跡ID是由傳感器提供的標(biāo)識(shí)符，其中標(biāo)識(shí)符在時(shí)間上與一系列的測(cè)量值相關(guān)。一種類型的軌跡ID是國(guó)際民用航空組織(ICA0)飛行器地址，其由飛行器連同對(duì)應(yīng)的測(cè)量信息一起傳送，由傳感器連同對(duì)應(yīng)的測(cè)量信息一起接收。能夠接收這種ICA0飛行器地址的傳感器示例包括廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)傳感器和交通防撞系統(tǒng)(TCAS)模式S傳感器。另一類型的軌跡ID是來自傳感器的標(biāo)識(shí)符，該傳感器在時(shí)間上使測(cè)量值相關(guān)。具體地，這種傳感器通過在時(shí)間上使測(cè)量值相關(guān)和將ID分配給那些軌跡來識(shí)別物體的軌跡。這些ID連同測(cè)量值一起由傳感器提供。由于這些ID是由在時(shí)間上使其自己的測(cè)量值相關(guān)的傳感器生成的，因此這些ID是傳感器特定的。也就是說，即使第一傳感器和第二傳感器可獲得相同物體的測(cè)量值，但第一傳感器和第二傳感器使他們自己的測(cè)量值相關(guān)，而不使另一傳感器的測(cè)量值相關(guān)；因此，由每個(gè)傳感器提供的軌跡ID是不同的，并與來自該傳感器而不是另一傳感器的測(cè)量值對(duì)應(yīng)。提供這種軌跡ID給相關(guān)的測(cè)量值的傳感器示例包括TCAS模式C傳感器、某些LiDAR以及某些雷達(dá)。此處所述的主題利用這些軌跡ID來提高準(zhǔn)確度和效率，在PHD濾波器中可按照該準(zhǔn)確度和效率跟蹤多個(gè)物體。
[0016]圖1是示例環(huán)境的方框圖，其中可以使用基于PHD濾波器的跟蹤系統(tǒng)102。在此處示出的示例中，跟蹤系統(tǒng)102安裝在飛行器104中，然而，跟蹤系統(tǒng)102可安裝在任何交通工具中或可以是獨(dú)立的系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)102配置成在環(huán)境中檢測(cè)和跟蹤其他物體。在此示例中，跟蹤系統(tǒng)102配置成檢測(cè)空中物體，如入侵飛行器(IA) 106、108。在示例中，跟蹤系統(tǒng)102是感測(cè)并躲避(SAA)系統(tǒng)的一部分，并且飛行器104是無人機(jī)系統(tǒng)(UAS)
[0017]圖2是示例跟蹤系統(tǒng)102的方框圖。跟蹤系統(tǒng)102包括多個(gè)傳感器202-206，傳感器202-206配置成檢測(cè)傳感器202-206周圍環(huán)境中的物體。所述多個(gè)傳感器202-206可包括任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳎缋走_(dá)202、TCAS傳感器203、ADS-B傳感器204、光學(xué)照相機(jī)205以及LiDAR206。也可使用其他傳感器。此外，可使用包括多個(gè)相同類型傳感器的任何數(shù)量的傳感器。傳感器202-206與一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208耦合。傳感器202-206配置成獲得測(cè)量值并發(fā)送測(cè)量值至所述一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208。如上所述，傳感器202-206中的一些或全部可配置成發(fā)送軌跡ID和測(cè)量值至所述一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208。
[0018]一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208配置成基于從傳感器202-206接收的測(cè)量值跟蹤多個(gè)物體(例如入侵飛行器106、108)。為了跟蹤物體，一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208配置成執(zhí)行指令210，該指令存儲(chǔ)在與一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208耦合的一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備212上。指令210，當(dāng)由一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208執(zhí)行時(shí)，使一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208基于來自傳感器202-206的測(cè)量值實(shí)施跟蹤物體的行動(dòng)。一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208可包括中央處理單元(CPU)、微控制器、微處理器(例如，數(shù)字信號(hào)處理器)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)或其他處理設(shè)備。在某些示例中，一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備212包括用于存儲(chǔ)機(jī)器可讀數(shù)據(jù)和指令的非易失性電子硬件設(shè)備。在示例中，一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備212在用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可讀指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的任何合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上存儲(chǔ)信息。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可被實(shí)施為可由一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208訪問的任何可用介質(zhì)。合適的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可包括如磁或光學(xué)介質(zhì)的存儲(chǔ)介質(zhì)。例如，存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括傳統(tǒng)硬盤、緊湊盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、固態(tài)驅(qū)動(dòng)器(SSD)、其他閃速存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器(R0M)，以及電可擦除可編程ROM(EEPROM)。一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208也可與存儲(chǔ)器214耦合，存儲(chǔ)器214配置成在由一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208進(jìn)行執(zhí)行期間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和指令。存儲(chǔ)器214可包括易失性或非易失性介質(zhì)，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)(包括但不限于同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SDRAM)、雙數(shù)據(jù)速率(DDR) RAM、RAMBUS 動(dòng)態(tài) RAM (RDRAM)、以及靜態(tài) RAM (SRAM)，等等)。在示例中，一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208配置成輸出關(guān)于物體軌跡的信息至輸出設(shè)備，如顯示設(shè)備。在一些示例中，一個(gè)或多個(gè)處理設(shè)備208提供軌跡信息給更大的SAA系統(tǒng)用于控制無人機(jī)系統(tǒng)的移動(dòng)。
[0019]圖3是示例方法300的流程圖，該方法利用跟蹤系統(tǒng)102跟蹤