一种基于相对位置的动目标聚合方法与流程

1.本发明属于实时目标监测、处理领域，具体涉及一种适用于飞机、船只等动目标的基于相对位置的聚合方法。


背景技术：

2.随着全球经济的不断发展，货物运输、人员流动、金融往来对于航空、航海的需求日益增长，据国际航空运输协会（iata）统计，日平均航班次数目前已超过10万架。同时，随着国际间的争斗、博弈频频上演，影响世界安全形势的不稳定因素日益增多，各类应用系统对于全球动目标态势的掌控需求越来越迫切。
3.通过在系统中引入百万数量级的动目标，其展现效果在二维地图范围较大时，会呈现出密密麻麻、相互重叠的现象，不便于用户对全球实时态势进行概览掌控，同时也会对系统的内存等资源带来很大负担。针对这一问题通常采用聚合方法对动目标进行融合分层显示，在知悉全球动目标态势的情况下又能对局部关注目标进行精细化研判。目前业内常采用等分网格划分的方法对动目标进行聚合计算，这些方法虽然能解决上述问题，但聚合计算后丢失了动目标原有的分布情况与运动趋势。


技术实现要素：

4.发明目的：为了降低动目标绘制对于内存的消耗，提高动目标在全球态势掌控、局部区域研判等不同应用场景下的展现效果，本发明提供一种基于相对位置的动目标聚合方法，该方法从飞机、船只等动目标的运动特征出发，通过结合动目标的分布情况、运动趋势等动态轨迹，将满足距离要求的动目标聚合形成聚合目标，同时能够将超出一定范围、远离聚合目标的动目标实时进行剔除。
5.为了实现上述目的，本发明公开了一种基于相对位置的动目标聚合方法，包括以下步骤：步骤一，阈值设定：根据动目标的运动特征，设定用以判定动目标与聚合目标远近的距离阈值以及动目标可偏离所在聚合目标最大范围的范围增量阈值；步骤二，聚合计算：设定一个聚合目标的空集合，遍历计算所有动目标到聚合目标的距离。若动目标到所有聚合目标的距离都不小于距离阈值，则以该动目标形成一个聚合目标扩充至集合中；若动目标到某个聚合目标的距离小于距离阈值，则将动目标扩充至该聚合目标中并更新其平面位置；遍历计算的同时也得到聚合目标与其所包含的动目标的最远距离；步骤三，范围判定：设定以最远距离与范围增量阈值的和为半径的圆为每个聚合目标的最大可偏离区域。遍历计算聚合目标所包含动目标的平面位置，判定动目标是否已超出最大可偏离区域，若超出则进一步结合动目标的运动方向判定是否需要从聚合目标中剔除。通过动目标的位置计算得出两条与最大可偏离区域的切线，两条切线以该动目标为中心将360
°
的圆划分为两部分，包含最大可偏离区域的部分为切线和动目标所组成的劣
角，劣角小于180
°
，未包含最大可偏离区域的部分为切线和动目标所组成的优角，优角大于180
°
。运动方向在两条切线所组成的优角范围内的动目标会逐渐远离聚合目标，将该动目标从聚合目标中剔除。被剔除的动目标重新参与聚合目标集合的计算扩充，同时，将动目标剔除的聚合目标也进行平面位置的更新计算。
6.有益效果：本发明具有以下优点：（1）本方明是基于动目标的运动特征，通过距离计算以及运动轨迹最大可偏离区域计算来进行动目标聚合的，不同于业内常用的网格划分聚合方法，本方明计算后的聚合目标结果能够符合动目标的整体分布情况；其次，本发明的运动轨迹最大可偏离区域计算方法是基于动目标相对于聚合目标的运动趋势，可以有效剔除不断远离聚合目标的动目标，保证了聚合目标对其所包含动目标运动趋势的整体覆盖性；最后，本方明的聚合方法适用于飞机、船只等多种动目标。
7.（2）本发明从航空类动目标的运动特征着手，对动目标进行实时聚合运算，同时引入偏离区域运动方向动态判定，在符合动目标分布的情况下实现动目标的融合分层显示，降低了动目标展现时内存的消耗，提高了不同应用场景下动目标的展现效果。
附图说明
8.图1是本发明的处理流程示意图；图2是动目标到聚合目标距离不小于阈值示意图；图3是动目标到聚合目标距离小于阈值示意图；图4是范围判定中动目标远离聚合目标示意图。
具体实施方式
9.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
10.如图1所示，本发明公开的一种基于相对位置的动目标聚合方法，具体包括以下步骤：步骤一，阈值设定：根据动目标的运动特征，设定用以判定动目标与聚合目标远近的距离阈值以及动目标可偏离所在聚合目标最大范围的范围增量阈值；步骤二，聚合计算：设定一个聚合目标的空集合，遍历计算所有动目标到聚合目标的距离。若动目标到所有聚合目标的距离都不小于距离阈值，则以该动目标形成一个聚合目标扩充至集合中；若动目标到某个聚合目标的距离小于距离阈值，则将动目标扩充至该聚合目标中并更新其平面位置；遍历计算的同时也得到聚合目标与其所包含的动目标的最远距离；步骤三，范围判定：设定以最远距离与范围增量阈值的和为半径的圆为每个聚合目标的最大可偏离区域。遍历计算聚合目标所包含动目标的平面位置，判定动目标是否已超出最大可偏离区域，若超出则进一步结合动目标的运动方向判定是否需要从聚合目标中剔除。通过动目标的位置计算得出两条与最大可偏离区域的切线，运动方向在两条切线所组成的优角范围内的动目标会逐渐远离聚合目标，该类动目标会被剔除。被剔除的动目标重新参与聚合目标集合的计算扩充，同时，将动目标剔除的聚合目标也进行平面位置的更新计算。
11.下面具体介绍各个步骤的主要流程：1．阈值设定根据动目标的具体应用场景，设定符合其运动特征的阈值，包括：距离阈值设定为，其中；范围增量阈值设定为，其中；2．聚合计算将动目标标记为，其中 为动目标索引且，动目标的位置用平面直角坐标表示为 ；由若干个动目标组成的聚合目标标记为 ，其中为聚合目标索引且 ，所有聚合目标的集合标记为 ，聚合目标和所包含动目标之间的关系用集合公式表示如下：其中 为动目标索引的偏移值；聚合目标的位置用平面直角坐标表示为 ，是其所包含动目标位置的平均值，公式表示如下：其中 为聚合目标中动目标的个数；计算动目标 到聚合目标 的距离 ，公式表示如下：其中为动目标索引的偏移值，且；若 ，则将该动目标扩充至聚合目标 中并更新其位置，公式表示如下：其中为动目标 的平面直角坐标；反之则以该动目标形成一个聚合目标并扩充至集合 中，聚合计算的结果用公式表示如下：其中，当 时， 更新为；当 时， 是由动目标独立形成的聚合目标，即 ；集合 扩充过程中可以得到每个聚合目标与其所包含的动目标的最远距离，标记为 ，其中 即 的索引。
12.3．范围判定每个聚合目标的最大可偏离区域是以中心为半径为的一个圆形，将该圆形标记为。标记聚合目标中超出圆形区域的动目标为，到
的距离超出最大可偏离区域，公式表示如下：其中，为动目标位置的平面直角坐标。从引两条圆的切线，切线分别标记为、。
13.标记动目标到圆心的距离为，距离计算公式如下：计算两条切线、与圆心到动目标连线的夹角，由定理可知两者夹角一致，计算公式如下：计算动目标到圆心的单位向量，标记为，其对应坐标标记为，计算公式如下：动目标的运动方向设定为顺时针偏离正北方向轴的角度，标记为，。根据计算得出动目标的单位方向向量，单位方向向量标记为，其对应的直角坐标标记为，计算公式如下：计算动目标单位方向向量与动目标到圆心连线的单位向量的夹角，标记为，计算公式如下：计算后右边公式可简化如下：基于、，判断动目标运动趋势，当，运动方向在两条切线与该动目标所组成的优角范围内，该动目标会逐渐远离聚合目标，该动目标将被剔除并重新参与聚合目标集合的计算扩充过程，
同时聚合目标位置更新，更新公式如下：。
实施例
14.本实施例中，输入实时动目标数据后，通过本发明所述的基于相对位置的动目标聚合方法，可以输出符合动目标分布、运动轨迹的动态聚合目标数据。具体实施过程如下：步骤一中，根据动目标的具体应用场景，如客机、运输机、小型飞机、船只等不同的应用场景，设定符合其运动特征的阈值，包括距离阈值，范围增量阈值，其中，；步骤二中，设定聚合目标的集合为，遍历计算所有动目标到聚合目标的距离来扩充集合。如果动目标到所有聚合目标的距离都不小于距离阈值，则将该动目标单独形成一个聚合目标，如图2所示，同时扩充集合；如果动目标到某个聚合目标的距离小于距离阈值，聚合目标将动目标纳入其中，如图3所示，同时更新的平面位置，聚合目标的平面位置为其所包含的所有动目标平面位置的均值。扩充集合的同时，根据计算可得到聚合目标与其所包含的动目标的最远距离；步骤三中，设定每个聚合目标的最大可偏离区域是以为中心，以最远距离与范围增量阈值的和为半径的一个圆形。对于每个聚合目标，计算其所包含动目标的平面位置是否已超出最大可偏离区域)，考虑到动目标运动方向包括远离或趋近聚合目标两种情况，如果超出还需结合动目标的运动方向判定是否需要从聚合目标中剔除。计算动目标的单位方向向量与动目标到圆心连线的单位向量的夹角，同时从动目标位置引两条圆的切线、并计算任意一条切线与圆心到动目标连线的夹角。比较与大小，若大于，则动目标运动方向在两条切线所组成的优角范围内，会逐渐远离聚合目标，如图4所示，将被剔除并重新参与聚合目标集合的计算扩充过程，同时聚合目标位置会进行更新。

技术特征：
1.一种基于相对位置的动目标聚合方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，阈值设定：根据动目标的运动特征，设定用以判定动目标与聚合目标远近的距离阈值以及动目标可偏离所在聚合目标最大范围的范围增量阈值；步骤二，聚合计算：设定一个聚合目标的空集合，遍历计算所有动目标到聚合目标的距离；若动目标到所有聚合目标的距离都不小于距离阈值，则以该动目标形成一个聚合目标扩充至集合中；若动目标到某个聚合目标的距离小于距离阈值，则将动目标扩充至该聚合目标中并更新其平面位置；遍历计算的同时也得到聚合目标与其所包含的动目标的最远距离；步骤三，范围判定：设定以最远距离与范围增量阈值的和为半径的圆为每个聚合目标的最大可偏离区域；遍历计算聚合目标所包含动目标的平面位置，判定动目标是否已超出最大可偏离区域，若超出则进一步结合动目标的运动方向判定是否需要从聚合目标中剔除；通过动目标的位置计算得出两条与最大可偏离区域的切线，两条切线以该动目标为中心将360
°
的圆划分为两部分，包含最大可偏离区域的部分为切线和动目标所组成的劣角，劣角小于180
°
，未包含最大可偏离区域的部分为切线和动目标所组成的优角，优角大于180
°
；运动方向在两条切线所组成的优角范围内的动目标会逐渐远离聚合目标，将该动目标从聚合目标中剔除；被剔除的动目标重新参与聚合目标集合的计算扩充，同时，将动目标剔除的聚合目标也进行平面位置的更新计算。2.根据权利要求1所述的一种基于相对位置的动目标聚合方法，其特征在于，步骤一中的设定距离阈值以及范围增量阈值，具体为：距离阈值设定为，其中；范围增量阈值设定为，其中。3.根据权利要求1所述的一种基于相对位置的动目标聚合方法，其特征在于，步骤二中动目标标记为，其中 为动目标索引且，动目标的位置用平面直角坐标表示为 ；由若干个动目标组成的聚合目标标记为，其中为聚合目标索引且 ，所有聚合目标的集合标记为，聚合目标和所包含动目标之间的关系用集合公式表示如下：其中 为动目标索引的偏移值；聚合目标的位置用平面直角坐标表示为 ，是其所包含动目标位置的平均值，公式表示如下：其中 为聚合目标中动目标的个数；计算动目标到聚合目标 的距离 ，公式表示如下：其中为动目标索引的偏移值，且；若 ，则将该动目标扩充至聚合目标中并更新其位置，公式表示如下：
其中为动目标 的平面直角坐标；反之则以该动目标形成一个聚合目标并扩充至集合中，聚合计算的结果用公式表示如下：其中，当 时， 更新为；当 时， 是由动目标独立形成的聚合目标，即 ；集合 扩充过程中可以得到每个聚合目标与其所包含的动目标的最远距离，标记为，其中 即 的索引。4.根据权利要求1所述的一种基于相对位置的动目标聚合方法，其特征在于，步骤三中每个聚合目标的最大可偏离区域是以中心为半径为的一个圆形，将该圆形标记为；标记聚合目标中超出圆形区域的动目标为，到的距离超出最大可偏离区域，公式表示如下：其中，为动目标位置的平面直角坐标，从引两条圆的切线，切线分别标记为、；标记动目标到圆心的距离为，距离计算公式如下：计算两条切线、与圆心到动目标连线的夹角，由定理可知两者夹角一致，计算公式如下：计算动目标到圆心的单位向量，标记为，其对应坐标标记为，计算公式如下：动目标的运动方向设定为顺时针偏离正北方向轴的角度，标记为，；根据计算得出动目标的单位方向向量，单位方向向量标记为，其对应的直角坐标标记为，计算公式如下：
计算动目标单位方向向量与动目标到圆心连线的单位向量的夹角，标记为，计算公式如下：计算后右边公式可简化如下：基于、，判断动目标运动趋势，当，运动方向在两条切线与该动目标所组成的优角范围内，该动目标会逐渐远离聚合目标，该动目标将被剔除并重新参与聚合目标集合的计算扩充过程，同时聚合目标位置更新，更新公式如下：。

技术总结
本发明公开了一种基于相对位置的动目标聚合方法，包括以下步骤：根据动目标运动特征，设置距离阈值以及范围增量阈值；设置聚合目标集合，遍历计算所有动目标与聚合目标的距离，并与距离阈值进行比较，根据比较结果逐步扩充集合，同时得到聚合目标与其所包含的动目标的最远距离；基于最远距离与范围增量阈值，得到每个聚合目标的可偏离区域，根据聚合目标中动目标与可偏离区域的相对位置及自身方向，判定是否需要从聚合目标中剔除，被剔除的动目标将重新参与集合的计算扩充，在动目标的不断运动过程中实现动态聚合。过程中实现动态聚合。过程中实现动态聚合。


技术研发人员：刘辰炜 张臻 王立峰 吕文强 徐伟 蓝振家
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十八研究所
技术研发日：2022.04.24
技术公布日：2022/5/25