Abstract

The convergence for the sequential Monte Carlo (SMC) implementations of the multitarget multi-Bernoulli (MeMBer) filter and cardinality-balanced MeMBer (CBMeMBer) filters is studied here. This paper proves that the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters, respectively, converge to the true MeMBer and CBMeMBer filters in the mean-square sense and the corresponding bounds for the mean-square errors are given. The significance of this paper is in theory to present the convergence results of the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters and the conditions under which the two filters satisfy mean-square convergence.

1. Introduction

Recently, the random finite-set- (RFS-) based multitarget tracking (MTT) approaches [1] have attracted extensive attention. Although theoretically solid, the RFS-based approaches usually involve intractable computations. By introducing the finite-set statistics (FISSTs) [2], Mahler developed the probability hypothesis density (PHD) [3], and cardinalized PHD (CPHD) [4] filters, which have been shown to be a computationally tractable alternative to full multitarget Bayes filters in the RFS framework. The sequential Monte Carlo (SMC) implementations for the PHD and CPHD filters were devised by Zajic and Mahler [5], Sidenbladh [6], and Vo et al. [7]. Vo et al. [8, 9] devised the Gaussian mixture (GM) implementation for the PHD and CPHD filters under the linear, Gaussian assumption on target dynamics, birth process, and sensor model. However, the SMC-PHD and SMC-CPHD approaches require clustering to extract state estimates from the particle population, which is expensive and unreliable [10, 11].

In 2007, Mahler proposed the multitarget multi-Bernoulli (MeMBer) [2] recursion, which is an approximation to the full multitarget Bayes recursion using multi-Bernoulli RFSs under low clutter density scenarios. In 2009, Vo et al. showed that the MeMBer filter overestimates the number of targets and proposed a cardinality-balanced MeMBer (CBMeMBer) filter [12] to reduce the cardinality bias. Then, the SMC and GM implementations for the MeMBer and CBMeMBer filters were, respectively, proposed in nonlinear and linear-Gaussian dynamic and measurement models. The key advantage of this approach is that the multi-Bernoulli representation allows reliable and inexpensive extraction of state estimates. The Monte Carlo simulations given by Vo et al. showed that the SMC-CBMeMBer filter outperforms the SMC-CPHD (and hence SMC-PHD) filter despite having smaller complexity under certain range of signal settings.

Although the convergence results for the SMC-PHD and GM-PHD filters were established by Clark and Bell [13] in 2006 and by Clark and Vo [14] in 2007, respectively, there have been no results showing the asymptotic convergence for the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters. This paper demonstrates the mean-square convergence of the errors [15–17] for the two filters. In other words, given simple sufficient conditions, the approximation error of the multi-Bernoulli parameter set comprised of a set of weighted samples is proved to converge to zero as the number of the samples tends to infinity at each stage of the two algorithms. In addition, the corresponding bounds for the mean-square errors are obtained.

2. MeMBer and CBMeMBer Filters

A Bernoulli RFS π‘Œ(𝑖) has probability 1βˆ’π‘Ÿ(𝑖) of being empty, and probability π‘Ÿ(𝑖) (0β‰€π‘Ÿ(𝑖)≀1) of being a singleton whose only element is distributed according to a probability density 𝑝(𝑖). The probability density of π‘Œ(𝑖) is πœ‹ξ€·π‘Œ(𝑖)ξ€Έ=ξ‚»1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘Œ(𝑖)π‘Ÿ=βˆ…,(𝑖)𝑝(𝑖)ξ€·π²π‘–ξ€Έπ‘Œ(𝑖)=𝐲𝑖.(2.1)

A multi-Bernoulli RFS π‘Œ is a union of a fixed number of independent Bernoulli RFSs π‘Œ(𝑖), 𝑖=1,…,𝑀, that is, β‹ƒπ‘Œ=𝑀𝑖=1π‘Œ(𝑖). π‘Œ is thus completely described by the multi-Bernoulli parameter set {(π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖))}𝑀𝑖=1 with the mean cardinality βˆ‘π‘€π‘–=1π‘Ÿ(𝑖)  and the probability density [2]: πœ‹(π‘Œ)=𝑀𝑗=1ξ€·1βˆ’π‘Ÿ(𝑗)1≀𝑖1≠⋅⋅⋅≠𝑖𝑛𝑛≀𝑀𝑗=1π‘Ÿ(𝑖𝑗)𝑝(𝑖𝑗)𝐲𝑗1βˆ’π‘Ÿ(𝑖𝑗).(2.2)

Throughout this paper, we abbreviate a probability density of the form (2.2) by πœ‹={(π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖))}𝑀𝑖=1.

By approximating the multitarget RFS as a multi-Bernoulli RFS at each time step, Mahler proposed the MeMBer recursion, which propagated the multi-Bernoulli parameters of the posterior multitarget density forward in time [2]. The MeMBer filter is summarized as follows.

MeMBer Prediction
If at time π‘˜βˆ’1, the posterior multitarget density is a multi-Bernoulli of the form πœ‹π‘˜βˆ’1={(π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1)}π‘€π‘˜βˆ’1𝑖=1, then the predicted multitarget density is also a multi-Bernoulli and is given by πœ‹π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=π‘Ÿξ‚†ξ‚€(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚ξ‚‡π‘€π‘˜βˆ’1𝑖=1ξšπ‘Ÿξ‚†ξ‚€(𝑖)Ξ“,π‘˜,𝑝(𝑖)Ξ“,π‘˜ξ‚ξ‚‡π‘€Ξ“,π‘˜π‘–=1,(2.3) where {(π‘Ÿ(𝑖)Ξ“,π‘˜,𝑝(𝑖)Ξ“,π‘˜)}𝑀Γ,π‘˜π‘–=1 are the parameters of the multi-Bernoulli RFS of births at time π‘˜: π‘Ÿ(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1𝑝,(2.4)(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=ξ‚¬π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έβˆ£β‹…,𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1.(2.5)

MeMBer Update
If at time π‘˜, the predicted multitarget density is a multi-Bernoulli of the form πœ‹π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1={(π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1)}π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1; then the posterior multitarget density can be approximated by a multi-Bernoulli as follows: πœ‹π‘˜β‰ˆπ‘Ÿξ‚†ξ‚€(𝑖)𝐿,π‘˜,𝑝(𝑖)𝐿,π‘˜ξ‚ξ‚‡π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1ξšπ‘Ÿξ€½ξ€·π‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ,π‘π‘ˆ,π‘˜ξ€·β‹…;π³π‘˜ξ€Έξ€Έξ€Ύπ³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,(2.6) where, π‘Ÿ(𝑖)𝐿,π‘˜=π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝,(2.7)(𝑖)𝐿,π‘˜ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€·π±π‘˜ξ€Έξ‚¬π‘1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π‘Ÿ(2.8)π‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=1πœ…π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,𝑝(2.9)π‘ˆ,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έ=1βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έ,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,𝑝(2.10)(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έ=π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έπœ“π‘˜,π³π‘˜ξ€·π±π‘˜ξ€Έ1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π‘Ÿ(2.11)(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=𝑝(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έξ‚­=π‘Ÿ,1(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(2.12)

By correcting the cardinality bias in the π‘Ÿπ‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜) of the MeMBer update step, Vo et al. proposed the CBMeMBer filter [12]. The CBMeMBer recursions are the same as the MeMBer recursions except the update of π‘Ÿπ‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜), which is revised asπ‘Ÿβˆ—π‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=1πœ…π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1ξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­.(2.13)

Note that not (38) in [12] but (2.10) in our paper is used in the CBMeMBer update step here. The reasons are (1) the (38) in [12] and the (2.10) in our paper are both the approximations of (36) in [12] under the same assumption βŸ¨π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜βŸ©β‰ˆ1, but the latter is more precise than former; (2) the (38) in [12] is unbounded at π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=1 while (2.10) in our paper is bounded at π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=1 as long as 𝑝𝐷,π‘˜(π±π‘˜)β‰ 1.

For the multi-Bernoulli representation πœ‹π‘˜={(π‘Ÿπ‘˜(𝑖),π‘π‘˜(𝑖))}π‘€π‘˜π‘–=1, the probability π‘Ÿπ‘˜(𝑖) indicates how likely the 𝑖th hypothesized track is a true track, and the posterior density π‘π‘˜(𝑖) describes the distribution of the estimated current state of the track. Hence, βˆ‘π‘€π‘˜π‘–=1π‘Ÿπ‘˜(𝑖) denotes the multitarget number and the multitarget state estimate can be obtained by choosing the means or modes from the posterior densities of the hypothesized tracks with existence probabilities exceeding a given threshold.

3. SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer Filters

The SMC implementations of the MeMBer and CBMeMBer recursions are summarized as follows.

SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer Predictions
Suppose that at time π‘˜βˆ’1 the (multi-Bernoulli) posterior multitarget density ξ‚πœ‹π‘˜βˆ’1={(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1)}π‘€π‘˜βˆ’1𝑖=1 is given and each 𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1, 𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1, is comprised of a set of weighted samples {πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1,𝐱(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1}𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑗=1: 𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑗=1πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1𝛿𝐱(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1.(3.1)
Then, given proposal densities π‘žπ‘˜(𝑖)(β‹…βˆ£π±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1,π‘π‘˜) and π‘π‘˜(𝑖)(β‹…βˆ£π‘π‘˜), the predicted (multi-Bernoulli) multitarget density ξ‚πœ‹π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1={(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1)}π‘€π‘˜βˆ’1𝑖=1βˆͺ{(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜Ξ“,π‘˜,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜Ξ“,π‘˜)}𝑀Γ,π‘˜π‘–=1 can be computed as follows: π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1𝑝,(3.2)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑗=1ξ‚πœ”(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛿𝐱(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜Ξ“,π‘˜ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜ξ“π‘—=1ξ‚πœ”(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜π›Ώπ±(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜ξ€·π±π‘˜ξ€Έ,𝑖=1,…,𝑀Γ,π‘˜,(3.3) where π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜Ξ“,π‘˜ (𝑖=1,…,𝑀Γ,π‘˜) is given by birth model; 𝐱(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1, ξ‚πœ”(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1 (𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1) and 𝐱(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜, ξ‚πœ”(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜ (𝑖=1,…,𝑀Γ,π‘˜) are, respectively, given by 𝐱(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆΌπ‘žπ‘˜(𝑖)ξ‚€β‹…βˆ£π±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1,π‘π‘˜ξ‚,𝑗=1,…,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝐱(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜βˆΌπ‘π‘˜(𝑖)ξ€·β‹…βˆ£π‘π‘˜ξ€Έ,𝑗=1,…,𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜,(3.4)ξ‚πœ”(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=1βˆ‘πΏ(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑗=1πœ”(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1πœ”(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ”(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐱(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1∣𝐱(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξ‚€π±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1ξ‚π‘žπ‘˜(𝑖)𝐱(𝑖,𝑗)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1∣𝐱(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ’1,π‘π‘˜ξ‚,𝑗=1,…,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,(3.5)ξ‚πœ”(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜=1βˆ‘πΏ(𝑖)Ξ“,π‘˜π‘—=1πœ”(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜πœ”(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜,πœ”(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜=𝑝Γ,π‘˜ξ‚€π±(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜ξ‚π‘π‘˜(𝑖)𝐱(𝑖,𝑗)Ξ“,π‘˜βˆ£π‘π‘˜ξ‚,𝑗=1,…,𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜.(3.6)

SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer Updates
Suppose that at time π‘˜ the predicted (multi-Bernoulli) multitarget density ξ‚πœ‹π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1={(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1)}π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1 is given and each 𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1, 𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1, is comprised of a set of weighted samples {πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝐱(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1}𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑗=1: 𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑗=1πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛿𝐱(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(3.7)
Then, the multi-Bernoulli approximation of the SMC-MeMBer-updated multitarget density ξ‚πœ‹π‘˜β‰ˆ{(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜)}π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βˆͺ{(π‘ŸπΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜),𝑝𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(β‹…;π³π‘˜))}π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜ and SMC-CBMeMBer-updated multitarget density ξ‚πœ‹βˆ—π‘˜β‰ˆ{(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜)}π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βˆͺ{(π‘Ÿβˆ—,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜),𝑝𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(β‹…;π³π‘˜))}π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜ can be computed as follows: π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜=π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝,(3.8)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜ξ€·π±π‘˜ξ€Έ=𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑗=1πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘π·,π‘˜ξ‚€π±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’π›Ώπ±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π‘Ÿ(3.9)𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=1πœ…π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,π‘Ÿ(3.10)βˆ—,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=1πœ…π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€ΈΓ—π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1ξ‚΅1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Άπ‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,𝑝(3.11)𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έ=1βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έ,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,(3.12) where, 𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έ=𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑗=1πœ”(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚€π±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’π›Ώπ±(𝑖,𝑗)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·π±π‘˜ξ€Έ,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π‘Ÿ(3.13)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έξƒ’=π‘Ÿ,1(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(3.14)

Resampling
To reduce the effect of degeneracy, we resample the particles for the multi-Bernoulli parameter set after the update step.

4. Convergence of the Mean-Square Errors for the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer Filters

To show the convergence results for the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters, certain conditions on the functions need to be met:(1)the transition kernel π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1(π±π‘˜βˆ£π±π‘˜βˆ’1) satisfies the Feller property [18], that is, for all πœ‘βˆˆπΆπ‘(ℝ𝑑), βˆ«πœ‘(π±π‘˜βˆ’1)πœ™π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1(π±π‘˜βˆ£π±π‘˜βˆ’1)π‘‘π±π‘˜βˆ’1βˆˆπΆπ‘(ℝ𝑑);(2)single-sensor/target likelihood density πœ“π‘˜,π³π‘˜(π±π‘˜)∈𝐡(ℝ𝑑);(3)π‘„π‘˜(𝑖) are rational-valued random variables such that there exists 𝑝>1, some constant 𝐢, and 𝛼<π‘βˆ’1 so that 𝐸⎑⎒⎒⎣|||||𝑁𝑖=1ξ‚€π‘„π‘˜(𝑖)βˆ’π‘πœ”π‘˜(𝑖)ξ‚π‘ž(𝑖)|||||π‘βŽ€βŽ₯βŽ₯βŽ¦β‰€πΆπ‘π›Όβ€–π‘žβ€–π‘,with𝑁𝑖=1π‘„π‘˜(𝑖)=𝑁(4.1) for all vectors π‘ž=(π‘ž(1),…,π‘ž(𝑁));(4)the importance sampling ratios are bounded, that is, there exists constants 𝐡1 and 𝐡2 such that ‖𝑝(𝑖)Ξ“,π‘˜/π‘π‘˜(𝑖)‖≀𝐡1, 𝑖=1,…,𝑀Γ,π‘˜, and β€–π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1/π‘žπ‘˜(𝑖)‖≀𝐡2, 𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1;(5)the resampling strategy is multinomial and hence unbiased [19].

First, the convergence of the mean-square errors for the initialization steps of the two filters can easily be established by Lemma  0 in [13]. Assuming that at time π‘˜=0, we can sample exactly from the initial distribution 𝑝0(𝑖) (𝑖=1,…,𝑀0). Then, for all πœ‘βˆˆπ΅(ℝ𝑑), πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿0(𝑖)0βˆ’π‘Ÿ0(𝑖)ξ‚Ά2≀𝑐0𝐿0(𝑖),𝑖=1,…,𝑀0,𝐸𝑝(𝑖),𝐿0(𝑖)0ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘0(𝑖)ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2𝑑0𝐿0(𝑖),𝑖=1,…,𝑀0(4.2) hold for some real numbers 𝑐0>0 and 𝑑0>0 which are independent of the number 𝐿0(𝑖) of the sampled particles at time π‘˜=0, 𝑖=1,…,𝑀0.

Also, the convergence of the mean-square errors for the resampling steps of the two filters can easily be established by Assumption 5 and Lemma  5 in [19].

The main difficulty and greatest challenge is to prove the mean-square convergence for the prediction steps and update steps of the two filters. They are, respectively, established by Propositions 4.1 and 4.2.

Proposition 4.1. Suppose that, for all πœ‘βˆˆπ΅(ℝ𝑑), πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­β‰€π‘π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1,𝐸𝑝(4.3)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)π‘˜βˆ’1ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2π‘‘π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1,(4.4) hold for some real numbers π‘π‘˜βˆ’1>0 and π‘‘π‘˜βˆ’1>0 which are independent of the number 𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1 of the resampled particles at time π‘˜βˆ’1, 𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1.

Then, after the prediction steps of the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters at time π‘˜:πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2≀𝑐𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1,𝐸𝑝(4.5)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2𝑑𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1,𝐸𝑝(4.6)(𝑖),𝐿(𝑖)Ξ“,π‘˜Ξ“,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)Ξ“,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2𝑑Γ,π‘˜πΏ(𝑖)Ξ“,π‘˜,𝑖=1,…,𝑀Γ,π‘˜,(4.7) hold for a constant 𝑑Γ,π‘˜>0 and some real numbers 𝑐𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1>0 and 𝑑𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1>0 which are independent of 𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1, 𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1. 𝑐𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1 and 𝑑𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1 are defined by (A.8) and (A.18), respectively. The proof of Proposition 4.1 can be found in Appendix A.1.

Proposition 4.2. Suppose that, for all πœ‘βˆˆπ΅(ℝ𝑑), πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­β‰€π‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝐸𝑝(4.8)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2π‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1(4.9) hold for some real numbers π‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1>0 and π‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1>0 which are independent of the number 𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1 of the predicted particles, 𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1. Then, after the update steps of the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters at time π‘˜: πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝐿,π‘˜ξ‚Ά2≀𝑐𝐿,π‘˜πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝐸𝑝(4.10)(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)𝐿,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2𝑑𝐿,π‘˜πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(4.11)𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿπ‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚Ά2ξƒ­β‰€π‘π‘ˆ,π‘˜πΏminπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(4.12)βˆ—,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿβˆ—π‘ˆ,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚Ά2ξƒ­β‰€π‘βˆ—π‘ˆ,π‘˜πΏminπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜,𝐸𝑝(4.13)𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜ξ€·β‹…;π³π‘˜ξ€Έξƒ’βˆ’ξ«π‘,πœ‘π‘ˆ,π‘˜ξ€·β‹…;π³π‘˜ξ€Έξ¬ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­β‰€β€–πœ‘β€–2π‘‘π‘ˆ,π‘˜πΏminπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,π³π‘˜βˆˆπ‘π‘˜(4.14) hold for some real numbers 𝑐𝐿,π‘˜>0, 𝑑𝐿,π‘˜>0, π‘π‘ˆ,π‘˜>0, π‘βˆ—π‘ˆ,π‘˜>0, and π‘‘π‘ˆ,π‘˜>0, which are independent of 𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1. 𝑐𝐿,π‘˜, 𝑑𝐿,π‘˜, π‘π‘ˆ,π‘˜, π‘βˆ—π‘ˆ,π‘˜ and π‘‘π‘ˆ,π‘˜ are defined by (A.29), (A.35), (A.47), (A.55), and (A.61), respectively. 𝐿minπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=min(𝐿(1)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,…,L(π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1), min(β‹…) denotes the minimum. In addition, π‘π‘ˆ,π‘˜, π‘βˆ—π‘ˆ,π‘˜, and π‘‘π‘ˆ,π‘˜ depend on the number of targets and decrease with the increase of the target number. From (A.47) and (A.55), it can also be seen that π‘βˆ—π‘ˆ,π‘˜β‰₯π‘π‘ˆ,π‘˜. It indicates that π‘Ÿβˆ—,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜) may need more particles than π‘ŸπΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜) to achieve the same mean-square error bound. The proof of the Proposition 4.2 can be found in Appendix A.2.

Propositions 4.1 and 4.2 show that the bounds for the mean-square error of the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer prediction steps and update steps at each stage depend on the number of particles. The mean-square errors tend to zero as the number of particles tends to infinity. The bounds for the mean-square errors of these quantities are inversely proportional to the corresponding particle number.

Moreover, from the proofs of Propositions 4.1 and 4.2, it can be seen that(1)Assumptions 1, 3, and 4 ensure that (4.6) holds;(2)Assumption 4 ensures that (4.7) holds;(3)Assumption 2 ensures that (4.12), (4.13), and (4.14) hold;(4)Assumption 5 ensures the convergence of the mean-square errors for the resampling steps of the two filters.

Assumptions 3, 4, and 5 are concerned with the SMC method. They can be satisfied as long as the appropriate sampling strategies are chosen. Assumptions 1 and 2 are concerned with the likelihood and target transition kernel. They may be too restrictive or unrealistic for some practical applications. However, these convergence results give justification to the SMC implementations of the MeMBer and CBMeMBer filters and show how the order of the mean-square errors are reduced as the number of particles increases.

5. Simulations

Here, we briefly describe the application of the convergence results for the SMC-CBMeMBer filter to the nonlinear MTT example presented in Example 1 of [12]. The experiment settings are the same as those of Example 1 except that the number of the particles πΏπ‘˜(𝑖) used for each hypothesized track at time π‘˜. For convenience, we assume πΏπ‘˜(𝑖)=𝐿. Assumptions 1–5 are satisfied in this example. So, the SMC-CBMeMBer filter converges to the ground truth in the mean-square sense.

For the SMC-CBMeMBer filter, the estimates of the multitarget number and states, which are derived from the particle multi-Bernoulli parameter set, are unbiased. Therefore, via comparing the tracking performance of the algorithm in the various particle number 𝐿, the convergence results for the SMC-CBMeMBer filter can be verified to a great extent.

The standard deviation of the estimated cardinality distribution and the optimal subpattern assignment (OSPA) multitarget miss-distance [20] of order 𝑝=2 with cut-off 𝑐=100m, which jointly captures differences in cardinality and individual elements between two finite sets, are used to evaluate the performance of the method. Table 1 shows the time-averaged standard deviation of the estimated cardinality distribution and the time-averaged OSPA in various 𝐿 via 200 MC simulation experiments.

Table 1 shows that both the standard deviation of the estimated cardinality distribution and OSPA decrease with the increase of the particle number 𝐿. This phenomenon can be reasonably explained by the convergence results derived in this paper: first, the mean-square error of the particle multi-Bernoulli parameter set decreases as the number of the particles increases; then, the more precise estimates of the cardinality distribution and multitarget states can be derived from the more precise particle multi-Bernoulli parameter set, which eventually leads to the results presented in Table 1.

6. Conclusions and Future Work

This paper presents the mathematical proofs of the convergence for the SMC-MeMBer and SMC-CBMeMBer filters and gives the bounds for the mean-square errors. In the linear-Gaussian condition, Vo et al. presented the analytic solutions to the MeMBer and CBMeMBer recursions: GM-MeMBer and GM-CBMeMBer filters [12]. The future work is focused on studying the convergence results and error bounds for the two filters.

Appendix

A.

In deriving the proofs, we use the Minkowski inequality, which states that, for any two random variables 𝑋 and π‘Œ in 𝐿2, 𝐸(𝑋+π‘Œ)2ξ€»1/2𝑋≀𝐸2ξ€»1/2𝑋+𝐸2ξ€»1/2.(A.1)

Using Minkowski’s inequality, we obtain that, for allπœ‘βˆˆπ΅(ℝ𝑑), πΈξ‚Έξ‚€π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­,πœ‘βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝑝(𝑖),πœ‘2ξ‚Ή1/2ξ‚Έξ‚€π‘Ÿ=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­,πœ‘βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­,πœ‘+π‘Ÿ(𝑖)𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­,πœ‘βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝑝(𝑖),πœ‘2ξ‚Ή1/2𝑝(A.2)≀𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­,πœ‘2ξ‚€π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)2ξ‚Ή1/2+π‘Ÿ(𝑖)𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­βˆ’ξ«π‘,πœ‘(𝑖),πœ‘2ξ‚Ή1/2β‰€ξ‚Έξ‚€π‘Ÿ(A.3)β€–πœ‘β€–πΈ(𝑖),𝐿(𝑖)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)2ξ‚Ή1/2+π‘Ÿ(𝑖)𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)ξ‚­βˆ’ξ«π‘,πœ‘(𝑖),πœ‘2ξ‚Ή1/2(A.4) holds, 𝑖=1,…,𝑀, for the multi-Bernoulli density πœ‹={(π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖))}𝑀𝑖=1 and its particle approximation πœ‹πΏ(𝑖)={(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖),𝑝(𝑖),𝐿(𝑖))}𝑀𝑖=1.

A.1. Proof of Proposition 4.1

We first prove (4.5). From (2.4) and (3.2), we have πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2ξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(i)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­1/2(A.5) (by (A.4)) ≀‖‖𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­1/2(A.6) (by (4.3), (4.4), and 0β‰€π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ’1≀1) ≀‖‖𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1.(A.7)

So that (4.5) is proved with 𝑐𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=‖‖𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–2ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ’12.(A.8)

Now turn to (4.6). From (2.5), we have 𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚­ξ‚Ά,πœ‘2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽξƒ‘π‘=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ„”ξ‚¬π‘“,πœ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ„•βŽžβŽŸβŽŸβŽ ,πœ‘2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.9) (adding and subtracting a new term) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ„”ξƒ‘π‘“,πœ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,kξƒ’ξ„•+𝑓,πœ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξ„•βˆ’ξ„”ξ‚¬π‘“,πœ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­ξ„•βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ ,πœ‘2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.10) (using Minkowski’s inequality) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘β‰€πΈ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ„”ξƒ‘π‘“,πœ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξ„•βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ ,πœ‘2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘+𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦.1/2(A.11)

By Assumption 3 and Lemma  1 in [13], we easily obtain that the first term in (A.11) becomes πΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξƒ’βˆ’ξ„”ξƒ‘π‘“,πœ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξ„•βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ ,πœ‘2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2β‰€β€–πœ‘β€–ξ”πΏ(𝑖)π‘˜βˆ’1ξƒ©β€–β€–β€–β€–π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜π‘žπ‘˜(𝑖)β€–β€–β€–β€–2+β€–β€–π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–2ξƒͺ1/2(A.12) (since β€–π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1/π‘žπ‘˜(𝑖)‖≀𝐡2 by Assumption 4 and π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜βˆˆπΆπ‘(ℝ𝑑) by Assumption 1) β‰€β€–πœ‘β€–ξ”πΏ(𝑖)π‘˜βˆ’1‖‖𝑝S,π‘˜β€–β€–2𝐡22+β€–β€–π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–21/2.(A.13)

Adding and subtracting a new term in the second term of (A.11), we have πΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­+𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.14) (using Minkowski’s inequality) ≀1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­πΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξ‚΅ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ ξƒ’ξ‚Ά2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2+1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­πΈξƒ¬π‘ξ‚΅ξƒ‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ¬ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘,πœ‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ«π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ‘2ξƒ­1/2‖‖𝑓(A.15)≀2π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖,πœ‘ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­πΈξƒ¬ξ‚¬π‘ξ‚΅ξ‚΅(𝑖)π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ’1,𝑝𝑆,π‘˜ξƒ’ξ‚Άξ‚Ά2ξƒ­1/2(A.16) (by (4.4)) ‖‖𝑝≀2β€–πœ‘β€–β‹…π‘†,π‘˜β€–β€–ξ€·π‘inf𝑆,π‘˜ξ€ΈξƒŽπ‘‘π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ’1,(A.17) where inf(β‹…) denotes the infimum.

Finally, substituting (A.12) and (A.17) into (A.11), (4.6) is proved with 𝑑𝑃,π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=‖‖𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–2𝐡22+β€–β€–π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–2+2‖‖𝑝𝑆,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘‘π‘˜βˆ’1inf(𝑝𝑆,π‘˜)ξƒͺ2.(A.18)

Now, turn to (4.7). By Lemma  0 in [13] and the boundedness of ‖𝑝(𝑖)Ξ“,π‘˜/π‘π‘˜(𝑖)‖≀𝐡1 (𝑖=1,…,π‘€π‘˜βˆ’1) in Assumption 4, we get that (4.7) holds for a constant 𝑑Γ,π‘˜. This completes the proof.

A.2. Proof of Proposition 4.2

Now turn to (4.10). From (2.7) and (3.8), we haveπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)𝐿,π‘˜βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽr=𝐸(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.19) (adding and subtracting a new term) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ=𝐸(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­+π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.20) (using Minkowski’s inequality) β‰€πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’ξ‚Άξ‚Ά2ξƒ­1/21βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ+𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2.(A.21)

The numerator of the first term in (A.21) is πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’ξ‚Άξ‚Ά2ξƒ­1/2ξƒ¬π‘Ÿ=𝐸(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά+ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚Άξ‚Ά2ξƒ­1/2(A.22) (using Minkowski’s inequality and then (A.4)) ξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿβ‰€πΈ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+‖‖𝑝𝐷,π‘˜β€–β€–πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­1/2(A.23) (by (4.8) and (4.9)) ≀‖‖𝑝1+𝐷,π‘˜β€–β€–ξ€Έβˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝𝐷,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(A.24)

The second term in (A.21) is πΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2Γ—βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.25) (by 0β‰€π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1) β‰€πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/21βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­(A.26) (by (A.4), (4.8) and (4.9)) ≀‖‖𝑝𝐷,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝𝐷,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ”ξ‚­ξ‚πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(A.27)

Substituting (A.24) and (A.27) into (A.21), and then using 0β‰€π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1, we get πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)𝐿,π‘˜βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜ξ‚Ά2ξƒ­1/2≀‖‖𝑝1+2𝐷,π‘˜β€–β€–ξ€Έβˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+2π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝𝐷,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ”ξ‚­ξ‚πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀‖‖𝑝1+2𝐷,π‘˜β€–β€–ξ€Έβˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝+2𝐷,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έξ”πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(A.28)

Finally, (4.10) is proved with 𝑐𝐿,π‘˜=‖‖𝑝1+2𝐷,π‘˜β€–β€–ξ€Έβˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝+2𝐷,π‘˜β€–β€–βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξƒͺ2.(A.29)

Now turn to (4.11). From (2.8) and (3.9), we have 𝐸𝑝(𝑖)𝐿,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘,πœ‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿,π‘˜,πœ‘ξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξ‚¬π‘=𝐸(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξ‚­ξ‚¬π‘1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξƒ‘π‘1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.30) (adding and subtracting a new term) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξ‚¬π‘=𝐸(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξ‚­ξ‚¬π‘1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξ‚¬π‘1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­+𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξ‚¬π‘1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξƒ‘π‘1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.31) (using Minkowski’s inequality) ≀𝐸𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/2𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘π‘+𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξƒ‘π‘1βˆ’(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2β‹…βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’ξ‚¬π‘1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2≀𝐸𝑝(A.32)(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·,πœ‘1βˆ’π‘π·,π‘˜ξ€Έξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/2𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­+β€–ξƒ¬ξ‚΅ξ‚¬π‘πœ‘β€–πΈ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’ξƒ‘π‘(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/2𝑝1βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­(A.33) (by (4.9)) β‰€βˆšβ€–πœ‘β€–π‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έξ”πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(A.34)

Finally, (4.11) is proved with 𝑑𝐿,π‘˜=π‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ2.(A.35)

Now, turn to (4.12). From (2.9) and (3.10), we have πΈξƒ¬ξ‚΅π‘ŸπΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿπ‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽβˆ‘=πΈπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)πœ…π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)πœ…π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.36) (adding and subtracting a new term) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽβˆ‘=πΈπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπœ…π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έβˆ’βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έπœ…π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)πœ…π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)πœ…π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.37) (using Minkowski’s inequality) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽπ‘Ÿβ‰€πΈπΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)βˆ’π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)πœ…π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽβˆ‘+πΈπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)βˆ’π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)πœ…π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.38) (using πœ…π‘˜(π³π‘˜)β‰₯0, 0β‰€π‘ŸπΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)≀1) ≀2βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έβˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚Ά2ξƒ­1/2βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ.(A.39)

From (2.12) and (3.14), the expectation in the summation of (A.39) is πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ=𝐸(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.40) (adding and subtracting a new term) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ=𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξƒ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.41) (using Minkowski’s inequality) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿβ‰€πΈ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)kβˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­πΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.42) (by 0β‰€π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1, Assumption 2 and (A.4)) β‰€β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­1/2‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­Γ—β€–β€–π‘π·,π‘˜β€–β€–πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­1/2‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–(A.43) (by (4.8), (4.9), and 0β‰€π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1) β‰€β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ2𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(A.44)

From (2.12), 0β‰€π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1 and Assumption 2, the denominator of (A.39) is π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­β‰₯π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­ξ€·πœ“β‰₯infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·πœ“=infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,(A.45) where π‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1 is the number of the predicted targets at time π‘˜.

Substituting (A.44) and (A.43) into (A.39), we get πΈξƒ¬ξ‚΅π‘ŸπΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿπ‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2≀2β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ2ξ€·πœ“infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘›π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽ1𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽ β‰€2β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·πœ“infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ2𝐿minπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,(A.46) where 𝐿minπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1=min(𝐿(1)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,…,𝐿(π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1), min(β‹…) denotes the minimum.

Finally, (4.12) is proved with π‘π‘ˆ,π‘˜=βŽ›βŽœβŽœβŽ2β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ€·πœ“infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ2⎞⎟⎟⎠2.(A.47)

Now, turn to (4.13). First, from (2.12), 0β‰€π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1 and Assumption 2, we have π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ=π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,πœ“π‘˜,π³π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­β‰€β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–β€–β€–π‘1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–.(A.48)

Then, from (2.13), (3.11), and (A.39), we getπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿβˆ—,𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿβˆ—π‘ˆ,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2β‰€βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽπΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽπ‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ+𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚΅1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’-π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ(A.49) (adding and subtracting a new term in the second expectation in the summation) β‰€βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έβˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ+𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚΅1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’+π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ(A.50) It holds that (using Minkowski’s inequality for the second term in the summation) β‰€βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ+𝐸(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)+π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2+π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­πΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽπ‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝D,π‘˜ξ‚­1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ(A.51) (by 0β‰€π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1, (A.4), and Minkowski’s inequality) β‰€βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽξ€·β€–β€–π‘2βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€ΈπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽπ‘Ÿ+𝐸(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2+π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽβ€–β€–π‘π·,π‘˜β€–β€–πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ ξ€·β€–β€–π‘1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έβˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ(A.52) (using 0β‰€π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1 and Minkowski’s inequality again for the second term in the summation) β‰€βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽξ€·β€–β€–π‘3βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€ΈπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(i)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€ΈπΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­+1/2π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έξ‚€1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’11βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑝(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽœβŽβ€–β€–π‘π·,π‘˜β€–β€–πΈξƒ¬ξ‚΅π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚Ά2ξƒ­1/2+π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐸𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξƒ’βˆ’ξ‚¬π‘(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1,𝑝𝐷,π‘˜ξ‚­ξ‚Ά2ξƒ­βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 1/2βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ ξ€·β€–β€–π‘1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έβˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ(A.53) (by 0β‰€π‘Ÿ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1≀1, (4.8), (4.9) (A.44), (A.45), and Assumption 2) β‰€β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ3ξ€·πœ“infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘›π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽξ‚€π‘Ÿ4βˆ’(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝+1𝐷,π‘˜β€–β€–ξ”πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽ β‰€β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’14π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’ξ€·π‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝𝐷,π‘˜β€–β€–ξ€Έξ€·β€–β€–π‘1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ3ξ€·πœ“infπ‘˜,π³π‘˜ξ€Έπ‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝐿minπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.(A.54)

Finally, (4.13) is proved with π‘βˆ—π‘ˆ,π‘˜=βŽ›βŽœβŽœβŽβ€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ3inf(πœ“π‘˜,π³π‘˜)‖‖𝑝4βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1βˆ’β€–β€–π‘π·,π‘˜β€–β€–ξƒͺ⎞⎟⎟⎠2.(A.55)

Now turn to (4.14). From (2.10) and (3.12), we get πΈξƒ¬ξ‚΅ξ«π‘π‘ˆ,π‘˜(β‹…;π³π‘˜ξ¬βˆ’ξƒ‘π‘),πœ‘πΏ(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘ˆ,π‘˜(β‹…;π³π‘˜),πœ‘ξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/2βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘βˆ‘=πΈπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έξƒ’,πœ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έβˆ’ξ‚¬βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π±π‘˜;π³π‘˜ξ€Έξ‚­,πœ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€ΈβŽžβŽŸβŽŸβŽŸβŽŸβŽ 2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.56) (adding and subtracting a new term) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽœβŽœβŽξƒ‘βˆ‘=πΈπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·β‹…;π³π‘˜ξ€Έξƒ’,πœ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έβˆ’ξƒ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·β‹…;π³π‘˜ξ€Έξƒ’,πœ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ+ξƒ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜ξ€·β‹…;π³π‘˜ξ€Έξƒ’,πœ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’ξ‚¬βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖)𝛼,π‘˜(β‹…;π³π‘˜ξ‚­),πœ‘βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.57) (using Minkowski’s inequality) βŽ‘βŽ’βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽξ„”β‰€πΈπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(β‹…;π³π‘˜ξ„•βŽ›βŽœβŽœβŽβˆ‘),πœ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜βˆ‘)βˆ’π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯βŽ₯⎦1/2+πΈξƒ¬βˆ‘ξ‚΅ξƒ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(β‹…;π³π‘˜βˆ‘)βˆ’π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1𝑝(𝑖)𝛼,π‘˜(β‹…;π³π‘˜),πœ‘ξƒ’ξ‚Ά2ξƒ­1/2βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€Έ(A.58) (by (2.12) and (3.14)) ≀2β€–πœ‘β€–βˆ‘π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜ξ€·π³π‘˜ξ€ΈπΈβŽ‘βŽ’βŽ’βŽ£βŽ›βŽœβŽœβŽπ‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖)π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝛼,π‘˜(π³π‘˜)βˆ’π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1𝑖=1π‘Ÿ(𝑖)𝛼,π‘˜(π³π‘˜)⎞⎟⎟⎠2⎀βŽ₯βŽ₯⎦1/2(A.59) (by (A.39) and (A.47)) β‰€β€–πœ‘β€–ξ”πΏminπ‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1π‘π‘ˆ,π‘˜.(A.60)

Finally, (4.14) is proved with π‘‘π‘ˆ,π‘˜=π‘π‘ˆ,π‘˜=βŽ›βŽœβŽœβŽ2β€–β€–πœ“π‘˜,π³π‘˜β€–β€–ξ‚€βˆšπ‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1+βˆšπ‘‘π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1ξ‚π‘€π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1.inf(πœ“π‘˜,π³π‘˜)π‘›π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1‖‖𝑝1βˆ’π·,π‘˜β€–β€–ξ€Έ2⎞⎟⎟⎠2.(A.61)

This completes the proof.

Nomenclature

π±π‘˜:State vector of a single target at time π‘˜
π³π‘˜:Single measurement vector at time π‘˜
π‘›π‘˜:Number of existing targets at time π‘˜
π‘šπ‘˜:Number of measurements collected at time π‘˜
π‘‹π‘˜={𝐱𝑖,π‘˜}π‘›π‘˜π‘–=1:Finite set of multitarget state-vectors at time π‘˜
π‘π‘˜={𝐳𝑖,π‘˜}π‘šπ‘˜π‘–=1:Finite set of measurements collected at time π‘˜
π‘“π‘˜βˆ£π‘˜βˆ’1(π±π‘˜βˆ£π±π‘˜βˆ’1):Single-target Markov transition density at time π‘˜
𝑝𝑆,π‘˜(π±π‘˜βˆ’1):Probability of target survival at time π‘˜
𝑝𝐷,π‘˜(π±π‘˜):Probability of detection at time π‘˜
πœ…π‘˜(π³π‘˜):Intensity of Poisson clutter process at time π‘˜
πœ“π‘˜,π³π‘˜(π±π‘˜)=π‘“π‘˜(π³π‘˜βˆ£π±π‘˜):Single-sensor/target likelihood density at time π‘˜
𝛿𝐱(β‹…):Dirac delta function centered at 𝐱
ℝ𝑑:𝑑-dimensional real space
𝐢𝑏(ℝ𝑑):Set of continuous bounded functions on ℝ𝑑
𝐡(ℝ𝑑):Set of bounded Borel measurable functions on ℝ𝑑
πœ‹(π‘Œ(𝑖)):Probability density of a Bernoulli random finite set (RFS) π‘Œ(𝐒)
πœ‹(π‘Œ):Probability density of multi-Bernoulli RFS β‹ƒπ‘Œ=𝑀𝑖=1π‘Œ(𝑖)
πœ‹={(π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖))}𝑀𝑖=1: Abbreviation of πœ‹(π‘Œ). {(π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖))}𝑀𝑖=1 is the multi-Bernoulli parameter set
ξ‚πœ‹={(π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖),𝑝(𝑖),𝐿(𝑖))}𝑀𝑖=1: Particle approximation of πœ‹={(π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖))}𝑀𝑖=1. (π‘Ÿ(𝑖),𝐿(𝑖),𝑝(𝑖),𝐿(𝑖)) denotes that (π‘Ÿ(𝑖),𝑝(𝑖)) is comprised of the number 𝐿(𝑖) of the particles
β€–β‹…β€–: Supremum norm. β€–πœ‘β€–β‰œsup(βˆ£πœ‘βˆ£), sup(β‹…)  denotes the supremum
βŸ¨β‹…,β‹…βŸ©: Inner product. If the measure in βŸ¨β‹…,β‹…βŸ© is continuous, it defines the integral inner product; if the measure in βŸ¨β‹…,β‹…βŸ© is discrete, it defines the summation inner product.

Acknowledgments

This research work was supported by the Natural Science Foundation of China (61004087, 61104051, 61005026), China Postdoctoral Science Foundation (20100481338), and Fundamental Research Funds for the Central University.