This paper presents an algorithm of multisensor decentralized data fusion for radar tracking of maritime targets. The fusion is performed in the space of Kalman Filter and is done by finding weighted average of single state estimates provided be each of the sensors. The sensors use numerical or neural filters for tracking. The article presents two tracking methods - Kalman Filter and General Regression Neural Network, together with the fusion algorithm. The structural and measurement models of moving target are determined. Two approaches for data fusion are stated - centralized and decentralized - and the latter is thoroughly examined. Further, the discussion on main fusing process problems in complex radar systems is presented. This includes coordinates transformation, track association and measurements synchronization. The results of numerical experiment simulating tracking and fusion process are highlighted. The article is ended with a summary of the issues pointed out during the research.
Each navigator has to be able to achieve position by own ship against all types of targets. Maneuver calculations depend mostly on target position and movement vector measurements accuracy. This article presents how the time and maneuver course changes when changes target movement and position data accuracy changes.
3
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper details a proposal for the position control system of a two-axis ship-mounted tracker. Aspects of the non-linear dynamics governing Line-Of-Sight (LOS) errors between the tracker and the target are presented. It is shown that the regulation of LOS errors can be achieved by introducing a feed-forward term based on the target's velocity. This velocity is not measurable, and an estimator is required. Given that the tracking problem is non-linear, the classical separation principle does not hold, and cascading the estimator and regulator together may not lead to an optimal position control system. The 'LQAdaptive' system proposed here aims therefore to improve conformity to the separation principle. Simulation trials show that tracking is improved under the LQAdaptive system in comparison to a simple estimator-regulator structure.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper aims to contribute in solving the problem of model-based body motion estimation by using data coming from visual sensors. We consider the case of state estimation in jump Markov nonlinear systems. The Interacting Multiple Model (IMM) algorithm is specially designed to track accurately targets whose atate and/or measurement models changes during motion transition. However, when these models are nonlinear, the IMM algorithm must be modified in order to guarantee an accurate track. In this paper we propose to compare the results given by an IMM algorithm Extended Kalman filter based (IMM-EKF) versus those given by an IMM algorithm Unscented Kalman Filter based (IMM-UKF) in tracking target assumed to be highly maneuverable.
Track coalescence is a phenomenon that occurs in multi-target tracking applications where certain types of manoeuvres performed simultaneously by several targets can utterly confuse algorithms that track their positions. In its simplest form, the phenomenon occurs when two similar objects, initially well separated, get close to each other and follow similar manoeuvres for a period of time sufficient to confound the tracking algorithm so that when the objects finally depart from each other the tracking algorithm is prone to provide erroneous estimates. This two-target track coalescence is discussed in this paper with the focus on the compound coalescence, when two identical tracks follow the midpoint of two well separated targets. First, the problem is illustrated on a classic problem of tracking two targets manoeuvring in a clutter, which is modeled as a nonlinear stochastic system. It is shown how, otherwise accurate and precise, estimates obtained by a standard particle filter eventually collapse leading to the coalescence of tracks. The phenomenon is given theoretical explanation by the analysis of Bayesian update operator acting on L2-space of probability densities that reveals that the coalescence is an unavoidable consequence of the probabilistic mixing between distributions describing positions of two targets. Finally, the practical consequences of these theoretical results are discussed together with potential approaches to deal with track coalescence in real applications.
In the paper the problem of target tracking in passive radar is addressed. Passive radar measures bistatic parameters of a target: bistatic range and bistatic velocity. The aim of the tracking algorithm is to convert the bistatic measurements into Cartesian coordinates. In the paper a two-stage tracking algorithm is presented, using bistatic and Cartesian tracking. In addition, a target localization algorithm is applied to initialize Cartesian tracks from bistatic measurements. The tracking algorithm is tested using simulated and real data. The real data were obtained from an FM-based passive radar called PaRaDe, developed at Warsaw University of Technology.
In the contemporary detection and target tracking units of rocket missile (RM), the control gyroscope remains an essential element being the device used for changing the position of the target line of sight (LOS). Target tracking accuracy of a rocket missile depends on the gyroscope work precision. Thus, it is necessary to examine the impact of the external actions and disturbances - rapid manoeuvres in the initial stage of RM flight, deck vibrations or strong wind blows — on the dynamics of the gyroscope. The paper discusses the research results of the dynamics of control gyroscope set on the RM deck while seeking, detecting and tracking a mobile target.
PL
We współczesnych układach wykrywania i śledzenia celów w pociskach rakietowych (PR) istotnym elementem jest żyroskop sterowany, który stanowi urządzenie służące do zmiany położenia linii obserwacji celu. Od precyzji działania żyroskopu zależy dokładność naprowadzania PR na cel. Należy zatem zbadać wpływ oddziaływań i zakłóceń zewnętrznych - gwałtowne manewry w początkowej fazie lotu PR, wibracje pokładu czy też silne podmuchy wiatru — na dynamikę żyroskopu. W pracy przedstawione są wyniki badań dynamiki żyroskopu sterowanego na pokładzie PR podczas procesu poszukiwania, wykrywania i śledzenia celu ruchomego.
The article presents issues connected with association of radar and AIS targets in the process of integration of this two systems. Theoretical analysis of the problem has been carried out. IMO requirements has been depicted and included in three association criteria proposed, which sequentially implemented in the algorithm allow firm association of radar and AIS targets. The general condition for association has been presented and it has been subsequently detailed for each criterion. As the basic test association of the position has been taken and it can be supplemented by association of movement vector and history of association in the furtherer steps. In each case the association gate has been defined. The sizes of gates, which allow to consider chosen criterion as fulfilled has been determined by analysis. The presented association algorithms may be used as the first step of radar–AIS integration to lead to multisensory vector fusion in the consecutive steps
PL
W artykule przedstawiono problematykę związaną z asocjacją obiektów radarowych i AIS w ramach procesu integracji tych dwóch systemów. Przeprowadzono teoretyczną analizę zagadnienia. Opisano wymagania IMO i z ich uwzględnieniem zaproponowano trzy kryteria asocjacji, które zastosowane sekwencyjnie w algorytmie pozwolą na jednoznaczne wskazanie przyporządkowanych obiektów z radaru i AIS. Przedstawiono ogólny warunek asocjacji, który następnie rozwinięto szczegółowo dla poszczególnych kryteriów. Jako test podstawowy przyjęto asocjację pozycji, która w kolejnych krokach może być uzupełniona o asocjację wektora ruchu i historii asocjacji w poprzednich krokach. W każdym przypadku zdefiniowano bramkę asocjacyjną. Na drodze analitycznej wyznaczono wielkości bramek, a więc konkretne wartości, które pozwolą uznać wybrane kryterium za spełnione. Zaprezentowane algorytmy asocjacji mogą stanowić pierwszy etap integracji obiektów śledzonych przez radar i AIS, aby w kolejnych doprowadzić do fuzji wektorów z obu systemów.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W niniejszym referacie zaprezentowano stanowisko służące do badania optycznej głowicy śledzącej z prędkościowym układem stabilizacji kamery. Przedstawiono użyte elementy oraz zaproponowano przykładowy sposób badania optycznej głowicy śledzącej.
EN
This paper presents description of optical missile seeker test stand for seekers equipped with stabilised camera. Used elements were presented and exemplary method for testing the seeker was proposed.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie zaprezentowano programowe rozwiązanie systemu optycznej głowicy śledzącej przeciwlotniczego pocisku rakietowego. Opisano wybrane metody przetwarzania obrazu używane przy śledzeniu celów powietrznych oraz przedstawiono wyniki działania zaprojektowanych algorytmów przetwarzania obrazu.
EN
This paper presents software solution of optical missile seeker. Chosen methods and alghorihtms of image processing used in target tracking were decribed. Reserch results of designed image processing algorithms were presented.
Closest point of approach (CPA) is a basic factor taken into consideration for risk assessment during the meeting of two ships at sea. Navigators should use radars with automatic target tracking for collision avoidance and should know the accuracy to which radar data are calculated. Basic information about these requirements can be found in IMO resolutions. The currently binding document for devices manufactured after 2008 is IMO Resolution MSC.192(79). But there are two independent requirements for relative motion. One of these refers to relative motion parameters (relative course and speed) and the other one to the value that is the result of this motion (CPA). The other important document is Standard 62388. This specifies the minimum operational and performance requirements, methods of testing and the required test results published by IEC and also refers to radar equipment. However, this standard is not so popular in different publications focusing on radar equipment, so these requirements were not analyzed in the article. The main problem described in this paper refers to the mutual consistency of IMO Resolution requirements. The results of simulations and their analysis are presented.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Target tracking using bistatic bearings-only measurements has obtained distinct interest recently. It is a nonlinear problem that traditional Kalman filter (KF) can not be applied directly. In this paper, the triangular ranging formula has been derived first for bistatic bearings-only tracking. The ranging error is then proved to be Gaussian noises, which enable the traditional KF applicable. The recently developed unscented Kalman filter (UKF) is also applied to the nonlinear measuring equation directly. To further improve the tracking accuracy especially in case of maneuvering target tracking, interactive multiple model (IMM) is adopted. Simulation results for both constant velocity moving target and maneuvering target are included to compare the performance of the aforementioned methods. The triangular ranging method, triangular-ranging-based Kalman filtering (TRKF), UKF, TR-IMMKF, and IMM-UKF are compared extensively using the criterion of root of the mean squared error (RMSE) and computational burden, as well as the robustness.
PL
W artykule zaproponowano formułę o zasięgu trójkątnym w zastosowaniu do bistatycznego wyznaczania namiaru (pelengu). W rozwiązaniu wykorzystano m. In. filtr Kalman’a do pomiaru wielkości nieliniowych. Wyniki badań symulacyjnych, dla obiektów w ruchu jednostajnym lub zmiennym, pozwalają na porównanie działania metod. Porównano także metody TRKF, UKF, TR-IMMKF, IMM-UKF, pod względem błędów średniokwadratowych, odporności, złożoności obliczeń.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper details a proposal for the position control system of a two-axis ship-mounted tracker. Aspects of the non-linear dynamics governing Line-Of-Sight (LOS) errors between the tracker and the target are presented. It is shown that the regulation of LOS errors can be achieved by introducing a feed-forward term based on the target’s velocity. This velocity is not measurable, and an estimator is required. Given that the tracking problem is non-linear, the classical separation principle does not hold, and cascading the estimator and regulator together may not lead to an optimal position control system. The ‘LQAdaptive’ system proposed here aims therefore to improve conformity to the separation principle. Simulation trials show that tracking is improved under the LQAdaptive system in comparison to a simple estimator-regulator structure.
In proposed method sensor nodes provide data that allow actors to track and catch moving targets. Interval granules are used to take into account uncertain target positions and velocities. The wireless sensor nodes report position of a target only if length or direction of optimal actor's path to the target changes significantly. The effectiveness of the introduced method was experimentally evaluated in a simulation environment.
PL
W zaproponowanej metodzie węzły czujników dostarczają dane, które umożliwiają śledzenie ruchomych celów przez węzły mobilne (aktorów). Zastosowano ziarna informacji w formie przedziałów, aby uwzględnić niepewność danych (pozycji oraz prędkości celu). Węzły sieci sensorowej wysyłają informację o położeniu celu do aktora tylko wtedy, gdy odległość lub kierunek aktora odbiega znacząco od optymalnego. Skuteczność metody potwierdzono eksperymentalnie w środowisku symulacyjnym.
The paper introduces a framework of a video-based target tracking system with networked mobile actors and monitoring devices that allows target detection in a supervised area. The model was implemented with two decision strategies: centralized and decentralized. In contrast to many previous works that have been focused on simulation experiments this paper discusses the issues concerned with real devices construction and implementation.
PL
Artykuł przedstawia strukturę aplikacji bazującej na sieci mobilnych węzłów wykonawczych (tzw. aktorów) oraz węzłów sensorowych wyposażonych w wideodetektory, umożliwiające wykrywanie obiektów na nadzorowanym obszarze. Węzły sensorowe przesyłają do aktorów informację o wykrytych obiektach lub komendy sterujące w zależności od przyjętej strategii sterowania: scentralizowanej lub rozproszonej. Artykuł poświęcony jest problemom związanym z fizyczną budową oraz implementacją proponowanego rozwiązania.
In a series of earlier papers, the first author developed an estimator which generates an optimal sequential estimate of the state of a linear discrete-time dynamic system in which the state is subject to an instantaneous constraint. In the third paper of the series, an extended estimator, based on the optimal linear estimator, was developed for the constrained nonlinear estimation problem. In this paper, the extended nonlinear estimator is revised. One of the critical steps in the development of an extended estimator is the quasi-linearization step. In this step, the terms in the Taylor series expansion which have been evaluated at some nominal state trajectory are instead evaluated at the most recent 'best' available state estimate. In developing the estimator, the point in the development at which the quasi-linearization takes place is not fixed. In the earlier paper, the quasi-linearization is performed about midway through the overall development. In this paper, the quasi-linearization is taken at the last possible point in the development. The result is an improved version of the extended constrained nonlinear sequential estimator.
Radar pasywny wykorzystuje istniejące źródła promieniowania elektromagnetycznego w celu detekcji oraz śledzenia obiektów latających. Najczęściej wykorzystywanymi w radiolokacji pasywnej źródłami promieniowania są nadajniki radia, telewizji oraz stacje bazowe telefonii komórkowej. W artykule przedstawiono algorytm śledzenia obiektów z wykorzystaniem pomiarów z wielu par nadajnik-odbiornik. Algorytm jest oparty na rozszerzonym filtrze Kalmana z wykorzystaniem sekwencyjnej aktualizacji trasy wykryciami odpowiadającymi poszczególnym nadajnikom.
EN
A passive radar uses existing sources of electromagnetic radiation in order to detect and track airborne targets. The most popular signal sources used by a passive radar are radio and television transmitters or mobile phone base stations. In the paper, a tracking algorithm that utilizes measurements from multiple transmitter-receiver pairs is presented. The algorithm is based on the extended Kalman filter with track updating performed sequentially, using measurements corresponding to different transmitters.
Object tracking based on Siamese networks has achieved great success in recent years, but increasingly advanced trackers are also becoming cumbersome, which will severely limit deployment on resource-constrained devices. To solve the above problems, we designed a network with the same or higher tracking performance as other lightweight models based on the SiamFC lightweight tracking model. At the same time, for the problems that the SiamFC tracking network is poor in processing similar semantic information, deformation, illumination change, and scale change, we propose a global attention module and different scale training and testing strategies to solve them. To verify the effectiveness of the proposed algorithm, this paper has done comparative experiments on the ILSVRC, OTB100, VOT2018 datasets. The experimental results show that the method proposed in this paper can significantly improve the performance of the benchmark algorithm.
In this work, passive radar using existing commercial transmitters, such as radio, television, or cellular telephony base transceiver stations, as illuminators of opportunity is considered. The work encompasses all main processing steps in passive radar : digital beamforming, clutter filtering, correlation processing, bistatic target tracking, target localisation and Cartesian target tracking. A circular antenna array with digital beamforming is considered. An algorithm is proposed for optimisation of the beamforming coefficients to obtain a low sidelobe level and a narrow main beam. The problem of mutual coupling between array elements is also addressed, and a method for calibrating the array is proposed. The algorithms for coefficients optimisation and calibration are verified with real measurements. The classical procedure for target detection in passive radar based on correlation processing is derived. Extensions of processing are analysed, which allow the use of longer-than-typical integration times and detect highly manoeuvring targets without performance degradation. Two classes of clutter filtering algorithms are compared: iterative and block. In the case of the iterative methods, three classical filters, i.e. NLMS, RLS and LSL, are compared. In the case of the block methods, least squares matrix solution, block lattice filter and a modified block lattice filter, are compared. The analysis of different approaches involves an assessment of convergence rate, computational complexity and frequency selectivity. Target tracking in bistatic coordinates based on the linear Kalman filter is introduced.The influence of several parameters, such as integration time and/or probability of false alarm, on tracking performance in terms of accuracy of bistatic parameters estimation is analysed. A tracking example of a real target with accuracy analysis is presented. Two methods for target localisation in Cartesian coordinates from the bistatic measurements are proposed. The methods are derived on the basis of algorithms known for time-difference-of-arrival systems. The methods derived use closed-form equations. Equations for accuracy of the methods are derived and analysed. An example of target localisation based on real data is presented. The extended Kalman filter for tracking in Cartesian coordinates is introduced. Two updating schemes are considered: parallel and sequential. A two-stage tracking algorithm, which involves bistatic tracking and Cartesian tracking, is proposed. This approach allows the ghost-target phenomenon to be significantly reduced, and localisation accuracy to be increased. The experimental FM radio-based passive radar PaRaDe, developed at Warsaw University of Technology, is described. The hardware and software parts of the system are presented. Real examples of detection and tracking of targets are presented.
PL
W niniejszej pracy przedstawiono zagadnienia dotyczące radarów pasywnych, wykorzystujących sygnały niekooperujących nadajników, takich jak stacje radiowe i telewizyjne, czy stacje bazowe telefonii komórkowej. W pracy przedstawiono wszystkie główne etapy przetwarzania sygnałów w radarze pasywnym : cyfrowe formowanie wiązek, usuwanie clutteru, przetwarzanie korelacyjne, śledzenie bistatyczne, lokalizację obiektów i śledzenie kartezjańskie. W pracy rozważano kołowy szyk antenowy z cyfrowym formowaniem wiązek. Zaproponowano algorytm optymalizacji współczynników formowania wiązek, zapewniający niski poziom listków bocznych i wąską wiązkę główną charakterystyki. Przeanalizowano również problem sprzężeń między elementami szyku i zaproponowano metodę kalibracji szyku. Metody optymalizacji współczynników i kalibracji szyku zweryfikowano z wykorzystaniem pomiarów. Przedstawiono klasyczną procedurę detekcji stosowaną w radarach pasywnych opartą o korelację sygnałów. Przeanalizowano rozszerzenia klasycznego podejścia, które umożliwiły stosowanie dłuższych niż typowe czasów integracji oraz detekcję obiektów silnie manewrujących bez degradacji jakości przetwarzania. Porównano dwie klasy algorytmów służących do eleiminacji clutteru : iteracyjne i blokowe. W przypadku metod iteracyjnych porównano trzy klasyczne filtry : NLMS, RLS i LSL. W przypadku metod blokowych porównano macierzowe rozwiązanie zgodnie z kryterium najmniejszych kwadratów, blokowy filtr kratowy i zmodyfikowany blokowy filtr kratowy. Analiza była przeprowadzana pod kątem szybkości zbieżności, złożoności obliczeniowej i selektywności częstotliwościowej. Przedstawiono algorytm śledzenia obiektów we współrzędnych bistatycznych oparty na liniowym filtrze Kalmana. Przebadano wpływ różnych parametrów, takich jak czas integracji czy prawdopodobieństwo fałszywego alarmu na jakość śledzenia rozumianą jako dokładność estymacji bistatycznych parametrów obiektu. Przedstawiono przykład śledzenia obiektu rzeczywistego i przeprowadzono analizę dokładności śledzenia. Zaproponowano dwie metody lokalizacji obiektów we współczesnych kartezjańskich na podstawie pomiarów bistatycznych. Metody wyprowadzono na podstawie wyników znanych dla systemów wykorzystujących różnice czasów przyjścia (time difference of arrival). W otrzymanych metodach wykorzystywane są proste wzory o zamkniętej formie. Wyprowadzono i przeanalizowano wzory opisujące dokładność lokalizacji. Przedstawiono przykład lokalizacji obiektu na podstawie danych rzeczywistych. Do śledzenia obiektów we współrzędnych kartezjańskich zastosowano rozszerzony filtr Kalmana. Rozważono dwa rodzaje aktualizacji pomiarami odpowiadającymi różnym nadajnikom : równoległy i sekwencyjny. Zaproponowano dwu-etapowy algorytm śledzenia wykorzystujący śledzenie we współrzędnych bistatycznych i kartezjańskich. Takie rozwiązanie redukuje problem "obiektów-duchów" i zwiększa dokładność lokalizacji. Opisano eksperymentalny radar pasywny PaRaDe skonstruowany w Politechnice Warszawskiej wykorzystujący nadajniki radia FM. Przedstawiono część sprzętową i programową systemu. Zaprezentowano również wyniki pomiarów z wykorzystaniem systemu.
W pracy dokonana została analiza doboru optymalnych sterowań (LQR, SMC oraz PD) mechatronicznego układu giroskopowego znajdującego zastosowanie w głowicach skanująco-śledzących obiektów ruchomych takich jak: statki kosmiczne, bezzałogowe pojazdy lądowe, drony latające, czy też samonaprowadzające pociski rakietowe. Za kryterium jakości przyjęta została całka z bezwzględnej wartości błędu odchylenia ruchu zadanego od ruchu rzeczywistego obiektu ruchomego oraz całka z kwadratu stanu i sterowania. Przedstawione zostały wyniki badań symulacji komputerowych.
EN
The paper analyses the selection of optimal controllers (LQR, SMC and PD) for a mechatronic gyroscope system used in scanning-tracking heads of mobile objects such as spacecrafts, unmanned land vehicles, flying drones or self-guided missiles. The integral of the absolute value of the deviation error of the set motion from the real moving object and the integral of the square of the state and control have been taken as the quality criterion. The results of computer simulation studies are presented.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.