Decentralized kalman filter approach for multi-sensor multi-target tracking problems

Abstract

Doğru pozisyon ve hedeflerin sayısı hava trafik kontrol ve füze savunması için çok önemli bilgilerdir. Bu çalışma, çoklu sensorlü çoklu hedef takibi sistemlerindeki veri füzyonu ve durum tahmini problemlerı için dağıtık Kalman Filtreleme Algoritması sunmaktadır. Problem, radar olarak her biri kendi veri işleme birimine sahip aktif sensörlerin hedef alanını gözlemlemesini esas almaktadır. Bu durumda her bir sistemin iz sayısı olacaktır. Çalışmada önerilen dağıtık Kalman Filtresi, başta füze sistemleri olmak üzere savunma sistemlerinde hareketli hedeflerin farklı sensörlerle izlerini kestirmek ve farklı hedefleri ayrıd etmek için kullanmaktır. Önerilen teknik, çoklu sensör sisteminden gelen verileri işleyen iki aşamalı veri işleme yaklaşımını içermektedir. İlk aşamada, her yerel işlemci kendi verilerini ve standart Kalman filtresi ise en iyi kestirimi yapmak için kullanılmaktadır. Sonraki aşamada bu kestirimler en iyi küresel bir kestirimi yapmak amacıyla dağıtık işlem modunda elde edilir. Bu çalışmada iki radar sistemi iki yerel Kalman filtresi ile uçakların pozisyonunu kestirmek amacıyla kullanılmakta, ardından bu kestirimler merkez işlemciye iletilmektedir. Merkez işlemci doğrulama maksadıyla bu bilgileri birleştirip küresel bir kestirim üretmektedir. Önerilen model uygulama olarak dört senaryo üzerinde test edildi. İlk senaryoda, tek bir hedef iki sensor tarafından izlenirken, ikincisinde, iki hedeften oluşan uzay herhangi bir sensor tarafından izlenmekte, üçüncüsünde, iki hedefin de herhangi bir sensor tarafından aynı anda izlenmesi, son olarak ise iki sensörden her birinin toplam üç hedeften herhangi ikisini izlediği senaryo göz önüne alınmıştır. Önerilen tekniğin performansı hata kovaryans matrisi kullanılarak değerlendirildi ve yüksek doğruluk ve optimal kestirim elde edildi. Uygulama sonuçları önerilen tekniğin yeteneğinin, yerel sensörlerce belirlenen ortak hedeflerin merkezi sistem tarafından ayırd edilebildiğini göstermiştir.

For air traffic control and missile defense, the accurate position and the numbers of targets are the most important information needed. This thesis presents a decentralized kalman filtering algorithm (DKF) for data fusion and state estimation problems in multi-sensor multi-target tracking system. The problem arises when several sensors carry out surveillance over a certain area and each sensor has its own data processing system. In this situation, each system has a number of tracks. The DKF is used to estimate and separate the tracks from different sensors represent the targets, when the ability to track targets is essential in missile defense. The proposed technique is a two stage data processing technique which processes data from multi sensor system. In the first stage, each local processor uses its own data to make the best local estimation using standard kalman filter and then these estimations are then obtained in parallel processing mode to make best global estimation. In this work, two radar systems are used as sensors with two local Kalman filters to estimate the position of an aircraft and then they transmit these estimations to a central processor, which combines this information to produce a global estimation. The proposed model is tested on four scenarios, firstly, when there is one target and the two sensors are tracking the same target, secondly, when there are two targets and any sensor is tracking one of them, thirdly, when there are two targets and any sensor is tracking both of them and finally, when two sensors are used to track three targets and any sensor tracks any two of them. The performance of the proposed technique is evaluated using measures such as the error covariance matrix and it gave high accuracy and optimal estimation. The experimental results showed that the proposed method has the ability to separate the joint targets detected by the local sensors.