分布式孔径探测技术研究

论文摘要

当今科学技术发展日新月异,随着科学技术的不断发展,包括精确制导武器在内的各种高科技装备得到前所未有的发展,同时也面临不断变化的挑战。为了提高精确制导武器的命中率,获得更高的探测性能,并且能够对多个目标同时攻击,探测手段应向多波段、分布式多探测器复合的方向发展。分布式孔径探测系统由多个探测器协同工作,同时对多个目标进行检测、识别、跟踪,然后再各自对其中若干个威胁较大的目标进行攻击,大大降低了目标检测、识别和跟踪的难度,同时又提高了精确制导武器的命中精度。因此,分布式孔径探测算法正成为当前国内外目标检测、识别和跟踪领域的研究热点。本文首先系统分析了分布式孔径探测系统的工作原理,结合分布式孔径探测系统的任务特点,确定了在决策层和目标特征层上的有反馈分布式融合结构,并提出了基于SOPC平台的系统信息处理单元硬件实现架构。针对单孔径点目标检测的问题,提出一种基于轨迹关联和滑动置信度检验的目标轨迹检测算法,通过在长轨迹段上估计目标轨迹参数并预测目标轨迹点,提高了轨迹关联的稳定性,从而提高目标检测概率。并在此基础上,分析研究了多孔径分布式融合检测算法,并进行了Matlab仿真,仿真结果表明针对全局轨迹检测结果采用“多数逻辑”进行融合的处理结构,可以提高系统的检测概率和降低系统的虚警概率。针对分布式孔径探测系统中多个探测器协同工作的特点,引入了多探测器被动测距算法,并提出了以目标ECEF坐标作为分类属性的目标身份管理模型。最后,针对分布式孔径探测系统的需要,设计了基于CORDIC算法的坐标转换的FPGA电路,并进行了ModelSim仿真和下载验证,实验结果表明该电路具有较高的运行速度,能够满足系统的实时性要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 分布式孔径探测技术研究现状
• 1.2.1 分布孔径红外系统的应用及发展现状
• 1.2.2 分布式孔径探测系统中的目标检测算法
• 1.3 本论文主要工作及内容安排
• 第二章 分布式孔径探测技术原理和系统实现框架
• 2.1 传统的图像末制导信息处理系统
• 2.2 信息融合的层次和处理结构
• 2.2.1 信息融合的级别
• 2.2.2 信息融合的处理结构
• 2.3 分布式孔径探测技术
• 2.3.1 分布式孔径探测系统工作原理
• 2.3.2 分布式孔径探测系统的信息融合层次和处理结构
• 2.4 分布式孔径探测系统信息处理单元硬件实现框架
• 2.5 本章小结
• 第三章 分布式孔径探测信息融合目标检测算法
• 3.1 点目标信号模型与多帧检测模型
• 3.1.1 点目标信号模型与假设条件
• 3.1.2 单帧图像点目标检测模型
• 3.1.3 多帧图像序列中的点目标检测模型
• 3.2 基于轨迹关联和滑动置信度检验的单孔径目标轨迹检测算法
• 3.2.1 目标轨迹数学模型及检测方法分析
• 3.2.2 目标轨迹检测步骤
• 3.3 多孔径分布式融合检测算法
• 3.4 仿真实验与结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 分布式孔径探测系统空间配准及目标身份管理算法
• 4.1 多探测器空间配准
• 4.1.1 常用坐标系
• 4.1.2 坐标平移和旋转
• 4.2 分布式目标身份信息管理算法
• 4.2.1 多探测器被动测距算法
• 4.2.2 坐标转换
• 4.2.3 目标身份建立及更新
• 4.3 坐标转换的硬件实现
• 4.3.1 CORDIC算法原理
• 4.3.2 极坐标与直角坐标的相互转换
• 4.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果