智能车辆前方机动目标的运动状态识别方法研究

【摘要】在最近十年内，汽车智能辅助驾驶系统及无人驾驶系统一直被看作解决汽车安全性和交通便利性问题的最佳方案。而利用由各种车载传感器构成的环境感知系统来辅助或者代替驾驶员进行交通环境感知是汽车智能辅助驾驶系统和无人驾驶系统必须要解决的基本问题，也直接决定了系统的工作精度。本文搭建了拥有激光雷达，GPS/INS等多种传感器的智能车平台，基于此平台进行智能车辆前方机动目标运动状态识别算法的研究，解决了目标运动状态估计和目标关联匹配两个重要问题，构建了完整的基于车载雷达的目标跟踪识别系统（包含软件与硬件）。本文建立的目标运动状态估计算法和目标关联匹配算法能够被直接用于基于车载雷达，机器视觉，红外探测器等传感器的目标跟踪识别系统，为智能车辆提供前方障碍物的位置，速度和加速度的实时，可靠的估计。本文主要解决了目标关联匹配、目标运动状态估计、仿真及实车实验平台搭建与算法验证这3个方面的问题：1、要进行障碍物运动状态估计，必须依靠障碍物在连续多帧中的量测信息，但是在雷达量程范围内，通常存在不只一个障碍物，所以需要通过目标关联匹配算法从雷达探测得到的量测值序列中，找到同一个障碍物在每个采样时刻的位置等量测信息，这样才能实现对目标的位置等信息的连续观测。处于实时性的考虑，选择矩形跟踪门进行候选量测选择。然后本文对工程上应用广泛的最邻近法进行了改进，通过加入尺寸量测信息，构造距离和尺寸差异组成的―差异函数‖来进行量测与目标之间的匹配；并且因为随着目标与雷达之间的距离增大，目标尺寸的探测精度将逐渐降低，所以在目标与雷达之间的距离增大的时候，对构成差异函数的位置和尺寸差异的权值和进行适当地调整，以此来使得目标关联匹配的准确度得到提高。2、实际交通环境中车载雷达测得的目标位置信息中含有量测噪声；并且传感器只能直接测量目标相对雷达的距离、方位、速度，而目标的加速度是无法直接测量得到的，所以我们需要设计目标运动状态估计算法，从带有观测噪声的雷达量测信号中来辨识出较为准确的目标位置，速度和加速度。为了在保证系统实时性基础上提高目标运动状态估计精度，抑制发散，本文引入了军事领域中提出的当前统计模型，当前统计模型认为加速度分布规律可以用修正的瑞利分布来表达，该模型更符合目标加速度变化规律。基于当前统计模型建立自适应Kalman滤波，在估计目标运动状态的同时，根据每时刻的加速度估计值来对反映下一时刻加速度变化规律的修正瑞利分布的均值进行实时调整。在目标做变加速运动的时候，较之基于匀速模型和匀加速模型的Kalman滤波算法，运动状态估计精度得到了很大提高；并且本文是在测量车的GPS/INS辅助下计算出目标在惯性坐标系下的位置，对绝对运动状态进行建模和估计，排除测量车运动的干扰，使目标运动状态建模和滤波估计结果更准确。3、仿真与实车实验验证：搭建了基于Matlab/Simulink的仿真实验平台和实车实验平台，进行了匀速，匀加速和变加速工况的仿真和实车验证，结果证明本文引入的基于当前统计模型的自适应Kalman滤波，在三种典型工况下都能够实现目标位置，速度和加速度的准确估计。在目标关联匹配算法中，根据目标与雷达之间的距离变化，对构成差异函数的位置和尺寸差异权值和进行适当调整。使用这个方案，进行了30次实车测试，关联匹配准确性可以达到90%左右。
【作者】刘凡；
【导师】管欣；
【作者基本信息】吉林大学，车辆工程，2014，硕士
【关键词】目标运动状态估计；多目标跟踪；自适应；Kalman滤波；雷达数据处理；智能车辆；

【参考文献】
[1]龚国龙.儒家“内圣外王”与我国当代公务员德性修养[D].青海师范大学,中国哲学,2012,硕士.
[2]程平均.中学教师专业发展的调查研究[D].华中师范大学,教育,2013,硕士.
[3]贾晋杰.三自由度被动式上肢康复机器人的设计与开发[D].大连海事大学,机械工程,2014,硕士.
[4]林茂琼,陈增强,贺江峰,袁著祉.基于阻尼最小二乘法的神经网络自校正一步预测控制器[J].控制与决策,1999,02:69-72.
[5]吕旻.142例住院病人尿路感染诊治的回顾性研究[D].北京中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[6]侯桂玉.宫腔镜下宫颈锥切术治疗宫颈上皮内瘤变Ⅲ级的疗效研究[D].南方医科大学,妇产科,2012,硕士.
[7]段娜.转AtAMT1;1基因甜菜T_1代外源基因表达及其功能鉴定[D].内蒙古农业大学,植物学,2013,硕士.
[8]刘竞怡.煤矸石水泥灌浆料试验研究[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[9]金星.耳穴贴压法对TURP术后防治膀胱痉挛的临床研究[D].成都中医药大学,中西医结合临床,2012,硕士.
[10]董颖春.试论学校、家庭、社会“三位一体”的小学德育模式[D].鲁东大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[11]王晓旋.抗争与救赎的孤独书写[D].安徽大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[12]程猛猛.城市天然气管道泄漏流场数值分析[D].辽宁石油化工大学,油气储运工程,2014,硕士.
[13]陆彩霞.新生儿喂养不耐受的临床研究[D].广西医科大学,儿科学,2004,硕士.
[14]张卫.城市社区服务信息化建设研究[D].苏州大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[15]刘辉斌.G公司电子商务与ERP的整合应用研究[D].宁波大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[16]孙冬岩.共轭亚油酸对生长肥育猪脂肪代谢的影响[D].中国农业大学,动物营养与饲料科学,2004,硕士.
[17]岳国义.基于图像处理技术的直读式仪表校验研究[D].华北电力大学（河北）,电工理论与新技术,2004,硕士.
[18]成敬周,徐政.直流输电共用接地极线方式的保护特性[J].电力系统自动化,2012,14:77-82.
[19]彭民建.生态住宅中污水处理回用装置的研究[D].东华大学,环境工程,2004,硕士.
[20]尹哲.图书馆经济管理的理论模式与框架[D].湘潭大学,2003.
[21]梁晓林.知识产权惩罚性赔偿制度研究[D].大连海事大学,民商法,2014,硕士.
[22]赵蓉.大豆分离蛋白加工全程质量控制体系研究[D].中国农业科学院,农产品加工及贮藏工程,2004,硕士.
[23]杨曼.留守儿童教育二十年研究的回顾与展望[D].山西师范大学,教育史,2014,硕士.
[24]严晓波.无砟轨道路基结构性能均匀性控制标准的数值仿真分析[D].西南交通大学,道路与铁道工程,2013,硕士.
[25]陈萌.基于JMS的区域卫生信息平台前置机系统的研究与开发[D].湖南大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[26]王范.基于契约动机视角的盈余管理治理路径研究[D].大连理工大学,会计学,2013,硕士.
[27]邓艳.中国基层政府诚信建设的思考[D].山西师范大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[28]周钰烨.游戏教学法在韩国小学汉语课堂中的应用[D].山东师范大学,汉语国际教育（专业学位）,2013,硕士.
[29]张海洋.FDI对山东省企业家精神影响研究[D].山东财经大学,国际贸易学,2012,硕士.
[30]谢熔.分类训练语料管理系统的设计与开发[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[31]钟慧.机器类通信随机接入的性能分析及优化[D].重庆大学,电子与通信工程（专业学位）,2014,硕士.
[32]李莹莹.网络介观拓扑结构与输运效率的研究[D].扬州大学,理论物理,2012,硕士.
[33]马嫄.论东西方文化对夏目漱石文学的影响[D].黑龙江大学,日语语言文学,2013,硕士.
[34]周光敏,王大伟,李峰,张莉莉,翁哲,成会明.不同形貌纳米炭/聚苯胺复合材料对超级电容器电化学性能的影响(英文)[J].新型炭材料,2011,03:180-186.
[35]康明明.基于多Agent分层协作的工作流框架研究及应用[D].浙江工业大学,2012.
[36]姚在斌.公平敏感性视角下成都中小饭店员工忠诚度影响因素实证研究[D].成都理工大学,旅游管理,2013,硕士.
[37]李珍珍.B2C网络购物物流服务质量评估实证研究[D].大连理工大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[38]王雕鹏.橡胶颗粒沥青路面施工工艺[D].长安大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[39]骆钦华,骆英.天平的发展演变(续)[J].中国计量.2003(10)
[40]陈金印.华重楼内生真菌RPF8发酵产物抗肿瘤作用研究[D].浙江中医药大学,中西医结合基础,2013,硕士.
[41]王莹莹.脉冲调制常压射频介质阻挡辉光放电物理过程的数值模拟[D].大连理工大学,等离子体物理,2013,硕士.
[42]孙丽.我国增值型内部审计运行机制研究[D].山东财经大学,会计学,2013,硕士.
[43]AmosIseorukarimaIruenabere.Detecting a Fraudulent Financial Statement and Reducing Internal Fraud, Using Data Mining Techniques[D].湖南大学,COMPUTERSCIENCEANDTECHNOLOGY,2011,硕士.
[44]刘晓敏.晏阳初“定县实验”中的参与式发展理念与方法研究[D].河北农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[45]张复宝.大型液压支架井下搬运和快速拆装工艺与装备的研究[D].西安科技大学,机械工程,2013,硕士.
[46]韦鹏飞.文本分析方法在翻译实践中的应用[D].安徽大学,英语笔译,2014,硕士.
[47]孙小莹.浮刺、分刺、合谷刺法干预亚健康态颈部不适的疗效比较研究[D].成都中医药大学,针灸推拿,2012,硕士.
[48]王鑫.鄂尔多斯盆地北部低孔、低渗含气储层综合反演与描述[J].石油地球物理勘探,2006,03:290-294+362+16.
[49]潘永梅.植物精油对枇杷果实常温保鲜的效果及其机理研究[D].南京农业大学,食品科学,2013,硕士.
[50]夏军,孙雪涛,丰华丽,谢平.西部地区生态需水问题研究面临的挑战[J].中国水利.2003(09)