《隨機有限集目標跟蹤》采用目標跟蹤與數(shù)據(jù)融合界常用的術語和符號,聚焦于系統(tǒng)介紹RFS理論在目標跟蹤領域的具體實現(xiàn),涵蓋了當前該領域研究的幾乎所有成果:概率假設密度(PHD)、帶勢概率假設密度(CPHD)、多伯努利(MB)、標簽多伯努利(LMB)、廣義標簽多伯努利(GLMB)、δ-GLMB和邊緣δ-GLMB(M8-GLMB)等濾波器。這些濾波器是目標跟蹤領域的新技術,為目標跟蹤提供了全新的思路和有效的解決途徑。在系統(tǒng)介紹上述濾波器后,詳細介紹了它們的擴展和熱點應用,包括機動目標跟蹤、多普勒雷達目標跟蹤、弱小目標檢測前跟蹤、非標準量測目標跟蹤、分布式多傳感器目標跟蹤等。
因而,《隨機有限集目標跟蹤》具有條理清晰、內(nèi)容系統(tǒng)全面、緊貼熱點前沿的特點,非常適用于相關領域初學者、研究生與工程技術人員。鑒于作者的學習經(jīng)歷,建議讀者可先閱覽拙作,再學習Mahler原著或范紅旗譯著,這樣相得益彰,學習效率可能會更高些。
在從事目標跟蹤與信息融合研究過程中,作者深切感受到隨機有限集(RFS)理論的巨大影響力。不同于傳統(tǒng)方法將信息融合涉及的目標檢測、跟蹤識別、態(tài)勢評估、傳感器管理等一系列問題分解成獨立的子問題單獨來解決這一思路,RFS理論為上述問題提供了統(tǒng)一的理論描述框架和解決方案,是一種自頂而下的科學方法。
RFS理論起源于20世紀末,由羅納德·馬勒(Ronald Mahler)等人創(chuàng)立,并不斷往前推進,然而,其創(chuàng)立的RFS理論抽象、復雜,一度并未獲得學界的高度重視,真正受到廣泛關注始于B-NVo的開創(chuàng)性工作,其先后提出了概率假設密度(PHD)濾波器的序貫蒙特卡羅(SMC)實現(xiàn)和高斯混合(GM)實現(xiàn),開辟了RFS理論的實現(xiàn)途徑,且上述實現(xiàn)方法采用了目標跟蹤與信息融合領域常用的術語和符號,極力地促進了RFS理論的發(fā)展。以此為基礎,短短幾年時間依次提出了帶勢概率假設密度(CPHD)、多伯努利(MB)濾波器的實現(xiàn)方法,特別是,于2013年提出了廣義標簽多伯努利(GLMB)等標簽隨機集濾波器,使得RFS理論日臻完善,引起了目標跟蹤與信息融合領域國內(nèi)外著名學者的廣泛關注,相關研究成果呈井噴之勢。某種程度上講,RFS理論儼然已成為目標跟蹤與信息融合新的發(fā)展方向。然而,目前國內(nèi)系統(tǒng)介紹該理論的著作幾近空白,僅出版了由范紅旗博士等翻譯的兩部Mahler撰寫的著作,不過,如前所述,其書側重于理論,初學者理解上有一定難度。那么,如何以一種易于讓更多人接受的方式普及RFS理論,推動該理論在國內(nèi)的蓬勃發(fā)展呢?這正是本書的目的所在。
本書采用目標跟蹤與數(shù)據(jù)融合界常用的術語和符號,聚焦于系統(tǒng)介紹RFS理論在目標跟蹤領域的具體實現(xiàn),涵蓋了當前該領域研究的幾乎所有成果:概率假設密度(PHD)、帶勢概率假設密度(CPHD)、多伯努利(MB)、標簽多伯努利(LMB)、廣義標簽多伯努利(GLMB)、δ-GLMB和邊緣δ-GLMB(M8-GLMB)等濾波器。這些濾波器是目標跟蹤領域的最新技術,為目標跟蹤提供了全新的思路和有效的解決途徑。在系統(tǒng)介紹上述濾波器后,詳細介紹了它們的擴展和熱點應用,包括機動目標跟蹤、多普勒雷達目標跟蹤、弱小目標檢測前跟蹤、非標準量測目標跟蹤、分布式多傳感器目標跟蹤等。因而,本書具有條理清晰、內(nèi)容系統(tǒng)全面、緊貼熱點前沿的特點,非常適用于相關領域初學者、研究生與工程技術人員。鑒于作者的學習經(jīng)歷,建議讀者可先閱覽拙作,再學習Mahler原著或范紅旗譯著,這樣相得益彰,學習效率可能會更高些。
在付梓之際,“遙想”自2015年底起筆以來,為不斷吸納國內(nèi)外最新研究成果,數(shù)易其稿,終成如今模樣,雖自知仍有不足,但仍深感欣慰,除此之外,還有諸多感謝。感謝Mahler、Vo等人的開創(chuàng)性工作,讓作者得以如饑似渴地吮吸養(yǎng)分,在撰寫過程中參考了他們的大量成果;感謝國家自然科學基金(No.61601510)和國防科技圖書出版基金提供的資助和大力支持;感謝空軍預警學院馬曉巖教授及劉維建博士、武漢大學孫洪教授、國防科技大學羅鵬飛教授等提出的寶貴修改意見和熱忱幫助;感謝國防工業(yè)出版社編輯付出的辛勤勞動;感謝評審以及關心本書出版的各位專家學者。
本書系統(tǒng)、全面地介紹了RFS在跟蹤領域的應用,其在更高級別的信息融合領域的應用也有著激動人心的廣闊前景,由衷希望拙作能拋磚引玉,共同推動RFS理論發(fā)展到新的高度。盡管我們已做最大努力,但限于自身水平,難免出現(xiàn)不妥之處,殷切期望廣大讀者批評指正。
第1章 概論
1.1 目標跟蹤與隨機有限集基本概念
1.2 目標跟蹤研究現(xiàn)狀
1.2.1 單目標跟蹤
1.2.2 經(jīng)典多目標跟蹤
1.2.3 基于隨機有限集的多目標跟蹤
1.3 章節(jié)安排與內(nèi)容組織
第2章 單目標跟蹤算法
2.1 引言
2.2 貝葉斯遞歸
2.3 共軛先驗
2.4 卡爾曼濾波
2.5 擴展卡爾曼濾波
2.6 不敏卡爾曼濾波
2.7 容積卡爾曼濾波
2.8 高斯和濾波
2.9 粒子濾波
2.10 小結
第3章 隨機有限集基礎
3.1 引言
3.2 隨機有限集統(tǒng)計
3.2.1 隨機有限集及其統(tǒng)計描述符
3.2.2 隨機有限集的強度和勢
3.3 隨機有限集的主要類別
3.3.1 泊松RFS
3.3.2 獨立同分布群RFS
3.3.3 伯努利RFS
3.3.4 多伯努利RFS
3.3.5 標簽RFS
3.3.6 標簽泊松RFS
3.3.7 標簽獨立同分布群RFS
3.3.8 標簽多伯努利RFS
3.3.9 廣義標簽多伯努利RFS
3.3.10 δ-廣義標簽多伯努利RFS
3.4 多目標系統(tǒng)的隨機有限集描述
3.4.1 多目標運動模型與多目標轉移內(nèi)核
3.4.2 多目標量測模型與多目標量測似然
3.5 多目標貝葉斯遞歸
3.6 多目標形式化建模范式
3.7 粒子多目標濾波器
3.7.1 粒子多目標濾波器預測
3.7.2 粒子多目標濾波器更新
3.8 多目標跟蹤性能度量
3.8.1 豪斯多夫度量
3.8.2 最優(yōu)質量傳遞度量
3.8.3 最優(yōu)子模式分配度量
3.8.4 并入標簽誤差的OSPA度量
3.9 小結
……
第4章 概率假設密度濾波器
第5章 帶勢概率假設密度濾波器
第6章 多伯努利濾波器
第7章 標簽隨機集濾波器
第8章 機動目標跟蹤
第9章 多普勒雷達目標跟蹤
第10章 弱小目標檢測前跟蹤
第11章 非標準量測目標跟蹤
第12章 分布式多傳感器目標跟蹤
附錄
縮略詞表
符號列表
參考文獻