来说说这次反导视频里的目标跟踪

今天央视意外的播出了反导的新闻，让大家着实高兴了一下。外行看热闹，本人也不算内行，把自己的一些想法写出来，放在这里供大家分享。
大家知道，反导其实核心就是目标跟踪问题。因为在外太空相对干净的背景下，传感器受到的干扰非常小。所以传感器的信息获取不是问题。核心问题就是对传感器获取的信息进行目标跟踪处理。关于目标跟踪问题科普，可以看我以前写的一个帖子：
http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... =2256403&extra=
这次播出的视频里有几个画面引起了我的注意：


虽然画面做了模糊处理，但作为一个长期接触这类方程的人，我的第一直觉就是，这是Kalman滤波，由于其中还发现了对F求一阶偏导的式子，因此初步判断，我们的目标跟踪算法是EKF（扩展卡尔曼滤波）。
EKF 是 S.S.Bucy 等人提出的非线性估计领域的经典算法，其基本思想是利用泰勒展开进行局部线性化状态方程和观测方程，从而可用高斯分布来近似状态的后验分布，然后使用 KF 进行估计。EKF 的主要缺陷有：1）只适合弱非线性系统，对于强非线性系统，该算法只能达到一阶的精度，滤波性能极不稳定，甚至发散；2）必须计算雅可比矩阵或海塞矩阵及其幂，这是一件计算复杂、极易出错的工作，导致实现困难。 EKF 是一种普遍使用的次优滤波方法，对于非线性程度不高的系统能得到很好的估计量，但是对于强非线性系统，会带来非线性转换到线性的不精确问题，甚至导致滤波器发散。
在反导中段，轨道相对固定，容易预测，因此使用EKF并没有问题。BUT，比较致命的一点是，EKF只适合单目标跟踪。
而最后的打靶画面也证实了我的推测：

搞目标跟踪的人一看就明白，如果是多目标跟踪，那两个目标都应该打上方框，而图中显然只有一个方框跟踪在目标上，对第二个目标没有反应。因此这是典型的单目标跟踪。
考虑到这是2010年进行的实验。国内从05年之后UKF和粒子滤波才在科研界火起来。而PHD滤波开始引起注意已经是10年之后的事情了。作为强调可靠性的军事系统，技术一般落后科研热点一个世代没啥问题。
不过从公布的画面看，我们的反导系统无法多目标跟踪的弱点，对于来袭导弹多弹头和假目标的拦截是非常致命的。美国的反导系统已经实现了多目标跟踪和拦截能力，因此期望军工研究部门尽快将基于RFS的PHD滤波算法应用起来，实现多目标跟踪和多传感器信息融合，以更好的保卫祖国。随着国内科研生产的进步，相信先进的算法应用进来也是水到渠成。


今天央视意外的播出了反导的新闻，让大家着实高兴了一下。外行看热闹，本人也不算内行，把自己的一些想法写出来，放在这里供大家分享。
大家知道，反导其实核心就是目标跟踪问题。因为在外太空相对干净的背景下，传感器受到的干扰非常小。所以传感器的信息获取不是问题。核心问题就是对传感器获取的信息进行目标跟踪处理。关于目标跟踪问题科普，可以看我以前写的一个帖子：
http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... =2256403&extra=
这次播出的视频里有几个画面引起了我的注意：


虽然画面做了模糊处理，但作为一个长期接触这类方程的人，我的第一直觉就是，这是Kalman滤波，由于其中还发现了对F求一阶偏导的式子，因此初步判断，我们的目标跟踪算法是EKF（扩展卡尔曼滤波）。
EKF 是 S.S.Bucy 等人提出的非线性估计领域的经典算法，其基本思想是利用泰勒展开进行局部线性化状态方程和观测方程，从而可用高斯分布来近似状态的后验分布，然后使用 KF 进行估计。EKF 的主要缺陷有：1）只适合弱非线性系统，对于强非线性系统，该算法只能达到一阶的精度，滤波性能极不稳定，甚至发散；2）必须计算雅可比矩阵或海塞矩阵及其幂，这是一件计算复杂、极易出错的工作，导致实现困难。 EKF 是一种普遍使用的次优滤波方法，对于非线性程度不高的系统能得到很好的估计量，但是对于强非线性系统，会带来非线性转换到线性的不精确问题，甚至导致滤波器发散。
在反导中段，轨道相对固定，容易预测，因此使用EKF并没有问题。BUT，比较致命的一点是，EKF只适合单目标跟踪。
而最后的打靶画面也证实了我的推测：

搞目标跟踪的人一看就明白，如果是多目标跟踪，那两个目标都应该打上方框，而图中显然只有一个方框跟踪在目标上，对第二个目标没有反应。因此这是典型的单目标跟踪。
考虑到这是2010年进行的实验。国内从05年之后UKF和粒子滤波才在科研界火起来。而PHD滤波开始引起注意已经是10年之后的事情了。作为强调可靠性的军事系统，技术一般落后科研热点一个世代没啥问题。
不过从公布的画面看，我们的反导系统无法多目标跟踪的弱点，对于来袭导弹多弹头和假目标的拦截是非常致命的。美国的反导系统已经实现了多目标跟踪和拦截能力，因此期望军工研究部门尽快将基于RFS的PHD滤波算法应用起来，实现多目标跟踪和多传感器信息融合，以更好的保卫祖国。随着国内科研生产的进步，相信先进的算法应用进来也是水到渠成。