ａ叶技２０１１年第２４卷第１期 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉ．＆Ｔｅｅｈ．／Ｊａｎ．１５．２０１ １ 一种跟踪运动物体轨迹算法的研究 李金明 （兰州石化职业技术学院科技处，甘肃兰州７３００６０） 摘要基于移动基站对运动物体的跟踪研究，通过对运动物体轨迹的检测、提取、识别和跟踪，获得了运动物 体的运动参数以及运动物体的轨迹，并对其参数进行进一步处理与分析，实现了对运动目标的行为理解，以备完成更 高一级的任务。 关键词数学模型；运动轨迹；仿真；算法 ＴＮ９５７．５２ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—７８２０（２０１１）０１—０４１—０３ 中图分类号Ａ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｏｂｉｌｅ ０ｂｊｅｃｔｓ Ｌｉ Ｊｉｎｍｉｎｇ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００６０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｍｏｂｉｌｅ ｏｂｊｅｃｔｓ ｂｙ ｍｏｂｉｌｅ ｂａｓｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｔｅｃｔｓ，ｅｘｔｒａｃｔｓ，ｉｄｅｎ— ｔｉｆｉｅｓ ａｎｄ ｔｒａｃｋｓ ｔｈｅ ｔｒａｊｅｅｔｏｒｙ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔｓ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔｓ．Ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｍｏｖｉｎｇ ｔａｒｇｅｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｍｏｒｅ ｈｉｇｈ－ｌｅｖｅｌ ｔａｓｋｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ＧＰＳ、ＧＩＳ以及移动通信基站相结合，实现移动 物体定位业务是移动运营商未来发展的一个重要领 域。此业务要求能全天候获取移动物体的地理信息。 利用移动物体的定位信息，运营商可以为用户提供地 理信息增值服务。可以实现企业ＧＩＳ智能监控，智能 １建立数学模型 实时计算地面及低空移动物体的３个坐标，即物 体斜距 、物体高低角占 （仰角或俯角）和物体方位 角 ，可以根据物体的运动轨迹，推导出低空水平 管理。目前，在蜂窝移动通信网中常用的移动定位方 式有：ＣＥＬＬ—ＩＤ定位方式、ＡｏＡ定位方式、ＴｏＡ定 位方式、ＴＤｏＡ定位方式、Ａ—ＧＰＳ定位方式、 移动物体、垂直移动物体和水平圆周移动物体跟踪 算法 ¨。 （１）物体作水平直线移动。 初始参数有：方位角卢 ，高低角 ，斜距Ｒ ， 速度 ，垂直路径Ｐ，如图１所示。 ＧＰＳｏｎｅ定位方式和指纹定位方式，这些定位方式各有 其优缺点。目前移动定位技术有两个发展方向：一是 扩大定位网络的覆盖面和提高定位精度。大多数的移 动定位方式需要有３个以上的基站信息。若在定位时 参与的基站不够，则导致定位无法完成，这使定位的 覆盖面受到。二是由于无线电波传播环境的复杂 性，影响定位精度的因素较多，如何采取适当的措施 减小电波传播的影响，是研究移动定位的重要课题。 以下讨论一种新的单基站定位方式然后利用 一 滤 波器进行平滑跟踪。 收稿日期：２０１０—０７—１４ 基金项目：甘肃省重大技术创新基金资助项目（甘经技［２００８］ ２６７—８，甘财建［２００８］１１３—８） 作者简介：李金明（１９６４一），男，硕士，教授。研究方向： 信号处理，工程控制。 图１ 水平直线移动物体模拟 ＷＷＷ。ｄｉａｎｚｉｋ叫１．０ｒｇ 李金明：一种跟踪运动物体轨迹算法的研究 移动物体的径向速度和角速度。 因为Ｒ ＝ ｓ “ ＝ 。ＣＯＳ０ｉ￣ＣＯＳ０ｉ＝ ＮＭ＝ —＝Ｖｃｏｓｙ代替进行水平移动，如图３（ｂ）所示。 、 Ｒ ＣＯＳ￣＂ ，所以Ｒ＝Ｖｃ０ｓ ×ｃｏｓ０ 。 即，尺。＝Ｖ Ｘ ＣＯＳ＆７ ×￣／（Ｒ ｃ０ｓ ） 一Ｐ ／ （Ｒ ＣＯＳＥ ）＝Ｖ×√（Ｒ ｃ０ｓ ） 一Ｐ ／Ｒ 而 氟ｔａｎ 言＝去＝ （２）物体作水平圆周移动。 （１） （ａ）物体垂直圆周移动 物体做水平机动移动可以用水平圆周来描述，初 始参数除水平直线移动的参数外，还要给定水平移动 的过载量 以及开始移动的时间 ，过载量一般取 ９．８０６ ６５ ｍ／ｓ。物体作水平圆周移动，俯视图如图２ 所示 （ｂ）物体 亘移动变量修正 图３物体做上升或下降移动 ・ ， ， ， 图２物体做水平圆周移动俯视图 蠢。＝ ｖ２口，＝Ｎ ・ｇ ，（３） 物体圆周运动的角速度为０。有几何和物理知 识可知，当移动物体由ｉ时刻移动到ｉ＋１时刻时有下 列关系式 ０ ＋ｌ＝ ＋ ，０ ＝ ＋ｌ— ，Ｏ／＝ ＋ 云。＝ 由图３（ｂ）所示，对变量进行修正可得有速度的 垂直分量引起的Ｒ 和 尺 ： 分别是 Ｙｉｓｉｎｓ＃Ｖ… ， 詈＝ （２） ，＋ （４） ＝ …Ｏｉ－．占＋ｔＯ＇＋０ｉ—Ｏｉ－－ ＋ ＝ ＋ ｓ Ｖｓｉｎｙ ＣＯＳｏ￣７Ｈ ／Ｒ ＋ ＋ｌ２ 移动物体任意运动轨迹数学模型 从以上物体各种运动情况分析，综合各种运动方 式及各个极坐标的微分公式，可得到低空和地面移动 所以， ＝ ＋ ）ｄｆ，ｇ：９．８０６ ６５。 （３）物体作上升或下降移动。 物体作上升或下降移动的初始参数除水平直线移 动的参数外，还要给定机动上升移动的过载量Ⅳ 和 移动时间 ，爬升角ｙ，如图３（ａ）所示。物体做上 升运动可看成是铅直分量和水平分量的合成，所以， 任何上升或下降运动都可以用垂直圆周运动的一部 物体的数字积分模型 。 由于物体斜距 Ｒ＝Ｒ。一Ｒ ＝Ｖｃｏｓｓ ‘ｃｏｓ０ 。ｃｏｓｔ 一ＶｓｉｎＴ ｓｉｎｅ 所以 Ｒ＝Ｊ。 （ｃ。ｓ 。。ｃ。ｓ ‘ｃ。ｓｙ 一ｓｉｎ占 。ｓｉｎｙ ）ｄｆ 移动物体高低角 一 分。由于ｌ，是水平分量和垂直分量的合成，因此在物 体作上升或下降移动时斜距、速度和角速度应该用 ——＝Ｒ。ｔａｎｇ ／Ｒ ＋１一Ｙｓｉｎｙ ｓｉｎＨ ／Ｒ ＋ｌ ＋１ＷＷＷ．ｄｌｄ ｒｊ ｉ ｊｉ．０ｒｇ 孕金 ：一种跟跞运动物体轨还算法的研冤 所以 ｓ＝ｆＲｐ（ｎ＋ ）＝尺ｓ（ｎ）＋尺 （ｎ） （５） Ｊ。（尺 ’ｔａｎ，￣ｉ／Ｒ｝＋ｌ—Ｖｓｉｎ ｓｉＢ￣＇Ｈｉ＋１／Ｒ川）ｄ ＝【Ｒ （ｎ＋１）＝Ｒ （ｎ） 式中，Ｒ。为估测值；Ｒ 为测量值；Ｒ 为平滑值。 移动物体的方位角 ＶｃｏｓＴ ‘ｓｉｎ０ ／Ｒ ｃ０ｓ ４ 结束语 在ＤＭ６４４６系统仿真平台上，加入正态分布随机 所以 卢：Ｊ。（Ｖｃｏｓ 。ｓｉｎ０ ／ＲＩＣＯＳ￣＇ｉ）ｄ 移动物体的航路角 ０＝（ＶｃｏｓＴ ・ｓｉｎ０ ）／（Ｒ Ｃ０Ｓ８ ）＋（ＮＨ・ｇ）／（Ｖ・ｃｏｓＴ） ＝ ＋（ＮＭ・ｇ）／（Ｖ・ｃｏｓＴ ） 所以 数充当干扰噪声，利用此数学模型，经Ｏ／一 滤波器 平滑，实现了智能目标系统跟踪。实验结果表明，该算 法可以成功跟踪移动目标，并具有较强的鲁棒性，位置 动态滞后误差 ａ 和速度动态滞后误差 ｒ Ｏ／ｎ￡ 比较小。该模型在局域ＧＩＳ智能视频监控、局域ＧＩＳ 巡航末端制导和局域辅助驾驶等领域有广泛地应用 前景。 参考文献 ［１］谭永基，蔡志杰，俞文．数学模型［Ｍ］．上海：复旦大 学出版社，２００５． ０＝卢＋Ｊ。（ ‘ｇ）／（Ｖ‘ｃ。ｓｙ ）出 ３物体运动跟踪数据的滤波 一 滤波器是一种适宜于运动轨迹跟踪的滤波 算法，滤波器在极坐标中进行 Ｊ。在地面目标跟踪过 程中，在大型石化企业基于ＧＩＳ一危险品移动跟踪监 控过程中，既要保证有一定的计算精度，同时也要保 证有一定的计算速度，所以在危险品移动跟踪过程 中，采用Ｏ／一 滤波器算法比较适宜。为了与实际接 ［２］ 吕学勤，张轲，吴毅雄，等．自寻迹焊缝跟踪算法及轨迹 仿真［Ｊ］．上海交通大学学报，２ＯＯ４，３８（９）：１４８１—１４８４． ［３］ 羊四清．利用轨迹跟踪算法绘制隐式函数曲线［Ｊ］．电 脑与信息技术，２００１，９（５）：６３—６６． ［４］ 赵雷，陈万忠，韩双双．一种改进的运动目标跟踪与轨 迹记录算法［Ｊ］．智能系统学报，２００８（２）：５４—５９． ［５］Ｐａｎ Ｊｉｙａｎ，Ｈｕ Ｂｏ．Ｒｏｂｕｓｔ Ｏｂｊｅｃｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｇａｉｎｓｔ Ｔｅｍ— 近，在ＤＭ６４４６系统仿真过程中加入随机误差，加误 差后，从仿真结果可知，得到的曲线有很多“毛刺”， 为了使其过程稳定，接近实际轨迹，故对加了噪声的 仿真目标进行Ｏ／一 滤波，以实现曲线平滑。Ｏｔ一 滤 波器跟踪算法 如下 （ｎ＋１）＝Ｒｐ（ｎ＋１）＋Ｏｔ［Ｒ （ｎ＋１）一Ｒ （ｎ＋１）］ ｐｌａｔｅ Ｄｒｉｔ［ｃ］．Ｓａｎ Ａｎｔｆｏｎｉｏ，Ｔｅｘａｓ：Ｔｏ Ａｐｐｅａｒ ｉｎ Ｐｒｏｃ． ＩＥＥＥ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００７，３：３５３— ３５６． ［６］ 番显俊，吴彦鸿，贾鑫．Ｏｔ一口滤波器在相控阵雷达机 动目标跟踪中的应用［Ｊ］．装备指挥技术学院学报， ２００５．１６（２）：９６—１００． ”｛．【 （ ｎ＋１）＝Ｒ （ｎ＋１）＋ＪＢ／７１［Ｒ （ｎ＋１）一Ｒ （ｎ＋１）］ ． ＋”＋”＋”—－卜”＋”＋“—卜・－－４－“－４－“—－卜・．－－￣－”—卜“—・＋－”—十ｒ （上接第４０页） Ｂｏｓｔｏｎ：Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，２００２． 参考文献 ［１］王莹，付伟．光电对抗与雷达无源对抗年鉴２００１［Ｚ］． 锦州：信息产业部电子第五十三研究所，２００１． ［４］ Ｋｎｏｔｔ Ｅ Ｆ．Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ［Ｍ］．Ｄｅｄｈａｍ：Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，１９８５． ［５］柴宏亮，方永平．箔条干扰效果评估方法的研究［Ｊ］． 舰船电子对抗，２００５，２８（４）：３２—３４． ［６］许金萍．箔条弹雷达目标散射特性研究与应用［Ｄ］．烟 台：海军航空工程学院，２００８． ［２］陈静雷达箔条干扰原理ＥＭ］．北京：国防工业出版社，２３０７． ［３］ Ｓｈｉｒｍａｎ Ｙ Ｄ．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｅｉｒａｌ Ｔａｒｇｅｔ Ｒａｄａｒ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ，Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｃｋｉｎｇ［Ｍ］． ｗｗＶｖ。［１ｉｄｎｚｉｋ叫 ０ｒｑ
