一种基于边缘计算的目标复合跟踪系统架构建模方法

本发明涉及一种跟踪系统架构建模方法，特别是一种基于边缘计算的目标复合跟踪系统架构建模方法。

背景技术：

1、有很多运行于机动环境的物联网系统，如空中／海上编队，利用无线射频网络将分散的传感器平台链接起来，对空中／海上目标进行联合探测和跟踪，支持目标协同瞄准，由于存在扫描盲区、电磁干扰、多径干扰、气象干扰等原因，任何单个平台对目标的跟踪能力均有限，如何将编队所有平台的探测信息融合起来，形成“单一合成态势图”，达到“目标瞄准”级要求（亚秒级时延、十米级精度），供编队全体成员共用，是一类物联网系统建设的重要需求。如果按照传统的在编队中选择一个平台作为中心，汇聚所有平台传感器探测的目标点迹数据进行集中式处理，或者在编队平台之间交换经各平台终端处理后的目标航迹数据的方式进行分布式处理，会存在显著的时间延迟以及因盲区而造成的信息损失，只能达到“航迹跟踪”级要求（十秒级时延、百米级精度），难以满足时延敏感用户对目标信息的使用需求。

技术实现思路

1、发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于边缘计算的目标复合跟踪系统架构建模方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于边缘计算的目标复合跟踪系统架构建模方法，所述的基于边缘计算的复合跟踪系统，由部署在物联网编队中的每一个平台的协同处理单元组成，包括以下步骤：

3、步骤1、定义目标复合跟踪系统中的资源要素和产品要素，即将基于边缘计算的目标复合跟踪系统中每个情报处理节点的对外信息，按输入输出关系划分为资源要素和产品要素，其中，资源要素包括：情报资源要素、传感器资源要素和目标编识号资源要素，产品要素指情报产品要素，建立各资源要素和产品要素的模型，具体包括：

4、步骤1-1，建立情报资源要素模型，具体包括：

5、所述的情报资源要素，表示参与复合跟踪的传感器探测到的目标点迹信息，用三元组表示，其中，是空间属性，用三元组表示，即目标点迹在以传感器为原点的直角坐标系中的位置，其中，、和分别为、和轴坐标；是特征属性，表示传感器获得的与目标特征相关的附加信息；是时间属性，表示传感器探测到目标点迹的时间。

6、步骤1-2，建立传感器资源要素模型，具体包括：

7、所述的传感器资源要素，表示参与复合跟踪的传感器参数信息，用四元组表示，其中，是空间属性，表示传感器当前所在的地理位置，用三元组表示，其中，表示经度，表示纬度，表示海拔高度；是运动属性，表示传感器自身当前的三维速度分量，用三元组表示，其中，、和均来自于传感器所在平台的平台导航系统分别表示、和轴的速度分量；是能力属性，表示传感器探测目标的精度，用三元组表示，其中，表示测距精度，表示测方位精度，表示测高精度；是时间属性，表示获得传感器位置和速度信息的时间。

8、步骤1-3，建立目标编识号资源要素模型，具体包括：

9、所述的目标编识号资源要素，表示复合跟踪系统中每个情报处理节点所配置的相同的目标编识号块，用二元组表示，其中，表示目标编识号块的起始号，表示目标编识号块的长度。

10、步骤1-4，建立情报产品要素模型，具体包括：

11、所述的情报产品要素，表示复合跟踪系统对资源要素通过边缘计算及分布式处理后，产生的情报产品信息，用五元组表示；其中，是身份属性，表示目标编识号；是空间属性，表示复合跟踪所得的目标直角坐标位置信息，用三元组表示，其中，、和分别表示、和轴坐标；是运动属性，表示复合跟踪所得的目标运动速度信息，用三元组表示，其中，、和分别表示、和轴的速度分量；是特征属性，表示复合跟踪所得的目标识别信息，包括目标的环境类别和／或目标属性；是时间属性，表示生成情报产品的时间信息。

12、步骤2、构建目标信息跨平台协作处理架构，具体包括：

13、步骤2-1，将终端处理架构确定为同步迭代架构，即对终端处理架构进行规范，具体包括：

14、步骤2-1-1，同步处理：

15、采用与平台传感器扫描同步方式进行终端处理，设传感器探测周期为秒，在360°范围进行全方位连续探测；将360°划分为 个扇区并建立个存储区，将传感器探测到的目标点迹信息，按目标方位存储到对应的扇区存储区：当传感器扫描到扇区结束时，触发终端处理单元对前一扇区的探测信息进行处理，即将情报资源处理成情报产品，最大处理时延为秒，时延的均方根值为；

16、步骤2-1-2，情报预测：

17、对情报产品，按传感器探测周期进行预测，得到传感器下一扫描探测周期目标可能出现的位置信息，预测情报要素模型用五元组 表示，表示目标编识号，表示目标的直角坐标位置，表示目标的运动速度，表示目标识别信息，表示时间信息；

18、预测情报要素与情报产品要素关联关系如下：

19、，，，，；

20、步骤2-1-3，周期迭代：

21、基于预测情报，对传感器新周期探测到的目标点迹信息，同步进行新一轮融合处理，获得更新的情报产品信息，重复上述步骤；

22、至此，形成规范后的终端处理架构，即同步迭代架构；

23、对情报产品结合传感器资源要素，转换为以地理坐标表示的形式： ，其中，位置信息用三元组表示，表示经度，表示纬度，表示海拔高度；

24、步骤2-2，基于终端处理架构进行目标信息跨平台协作处理架构建模：建立目标信息跨平台协作处理架构，即将情报产品对外进行分发，并将远端情报资源接入。

25、所述的建立目标信息跨平台协作处理架构，即将情报产品对外进行分发，并将远端情报资源接入，具体包括：

26、将情报产品通过网络向所在的物联网编队中的其他平台分发，其他平台终端处理单元收到后，通过数据注册，结合该平台传感资源信息，将收到的远端情报资源转换为与本地情报资源具有相同时空基准和格式的信息，然后按目标方位存储到其平台传感器对应的扇区存储区，当该平台传感器扫描到扇区结束时，触发对前一扇区的本地情报资源和远端情报资源进行相关和融合处理，完成跨平台情报融合，并不停重复上述过程；

27、当本地情报资源为零，输入仅仅来自远端情报资源，则融合结果生成的情报产品不再通过网络对外分发，此时，终端处理单元则变为协同处理单元；

28、远端情报资源要素模型用五元组表示，与情报产品要素模型有如下关联关系：，且是必须含有本地情报资源的产品。

29、步骤3、设计目标信息跨平台协作处理中的统一目标编识号方法，具体为：

30、步骤3-1，复合跟踪系统中的每一个协同处理单元，事先加载一个相同的目标编识号资源，并据此建立一个起始编识号为，长度为的目标编识号表，目标编识号初始状态设为空；

31、步骤3-2，协同处理单元在情报处理过程中，当发现本地传感器探测到一个新目标时，在目标编识号表中取一个状态为空的目标编识号：，，将 赋予该目标的情报产品要素： ，同时将记录在目标编识号表的第行中，更新其空状态；

32、步骤3-3，协同处理单元将情报产品向编队其他平台分发，任何平台协同处理单元收到远端情报，参与相关和融合处理时，将该新的目标编识号记录在该平台目标编识号表的第行中，当该平台传感器探测到同一目标时，则沿用来标识目标；

33、步骤3-4，协同处理单元在目标相关和融合处理过程中，如果发现目标消失，则将目标编识号表中记录的该目标编识号清除，恢复到空状态；

34、步骤3-5，如果出现目标为多名或重名时，则持有该目标报告责任的协同处理单元自动启动解多名或重名处理程序，予以更正，同时广播一条航迹管理消息，通知其他平台协同处理单元同步整理目标编识号和目标编识号表。

35、步骤4、优化目标信息跨平台协作处理架构，建立最终的目标复合跟踪系统处理架构。

36、所述的优化目标信息跨平台协作处理架构，建立最终的目标复合跟踪系统处理架构，具体包括：

37、步骤4-1，将远端情报资源，直接送用户系统使用，同时保持送协同处理单元参与周期迭代处理；

38、步骤4-2，对送到用户系统的情报产品进行复合：，其中，为含有本地情报资源的情报产品，为来自远端的情报产品，获得复合跟踪系统的产品总和。

39、有益效果：

40、(1)本方法提出的兼容终端处理的跨平台协作处理架构模型，能够独立地按照相同的算法，使用相同的软件，保证尽管是在各个平台上分别且并行地进行信息处理，但得到的结果是严格一致的，实现基于边缘计算就能达到传统的需要集中处理才能达到的效果，这种无中心方式使得编队任何平台损毁均不会影响系统的运行效能。

41、(2)本方法提出的统一目标编识号方法，编队任何平台都使用相同的目标编识号资源，对各自传感器发现的目标进行独立的目标编识号分配和管理，即可实现目标编识号全网一致、互不冲突，目标编识号资源占用小，而传统的分布式处理需要通过事先规划，为各平台分配和加载互不重叠且互相连贯的目标编识号块，才能实现这一功能。

42、(3)本方法通过优化跨平台协作处理架构模型，提出复合跟踪系统架构模型，使编队每个平台用户系统接收其他平台目标数据的质量以及时延特性，与正常从本平台传感器接收数据的质量和时延特性相同，由此生成“单一合成态势图”能从传统的“航迹跟踪”级提升到“目标瞄准"级”。

43、(4）基于本方法生成“单一合成态势图”，对于编队任何平台而言，扩大了传感器的共享探测范围，可更早地发现目标，增强编队所有成员对探测空间的一致性理解，即使目标进入某一平台的传感器探测盲区，或者某一平台传感器遭遇电磁、多径、气象等干扰，通过多传感器组合、复合跟踪处理，仍可维持单一合成态势图全貌。