基于机载GMTI雷达的地面动目标跟踪技术研究

论文摘要

1991年海湾战争中,美军JointSTARS的应用取得了巨大成功。由于JointSTARS的核心——地面动目标指示雷达——能够穿透烟雾云雨,在大范围内快速搜索,在远距离上精确探测地面运动目标,并可对宽广散布的众多地面目标进行实时跟踪,因此得到了广泛的重视。近年来基于地面动目标指示雷达的地面动目标跟踪技术更是成为多目标跟踪研究的热点。考虑到目前的多目标跟踪算法大多是针对空中目标跟踪的,它与针对地面目标的跟踪算法存在很大差别。鉴于此,并结合电子科学研究院承担的国防预研课题,本论文深入研究了基于单部机载地面动目标指示雷达进行多目标跟踪的数据处理技术,重点研究了地面多目标跟踪中的非线性滤波技术、公路网先验知识的应用、结合地面目标运动特点的VSIMM算法以及慢速移动编队目标的跟踪等内容。通过对地面动目标指示雷达特性和雷达中数据处理技术进行系统而深入的学习,取得了一些有意义的成果。具体归纳如下:1.无迹粒子滤波算法是一种解决非线性状态估计有效方法。本文考虑到该算法较大的计算量,将均方根技术和高斯混合模型引入到算法中,在提高滤波精度的同时大大降低了算法的计算量。2.将公路网约束条件体现在目标状态模型中,从而给出了一种应用公路网先验知识的方法。公路网中的目标跟踪问题,其实质是一个向量空间受约束的非线性估计问题,未知的状态向量的所有可能取值被约束在一个由公路网信息向量组成的子空间中。3.将公路网约束下的目标模型、目标的“运动-停止-运动”逃避机动模型以及高度机动的目标模型引入到变结构交互多模型算法中,从而设计出一种适合于地面目标跟踪的变结构交互多模型算法。4.给出编队目标的定义,归纳总结了前人提出的各种适用于编队目标跟踪的方法,并利用仿射变换的概念提出了一种地面慢速移动编队目标的状态模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号对照表
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 机载GMTI 雷达地面动目标跟踪的关键技术
• 1.3 多目标跟踪概述
• 1.3.1 基本原理
• 1.3.2 基本要素
• 1.4 本文主要工作和内容安排
• 第2章 多目标跟踪理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 多目标跟踪中的估计理论
• 2.2.1 经典估计理论
• 2.2.2 贝叶斯估计理论
• 2.2.3 基于蒙特卡罗仿真的估计理论
• 2.3 多目标跟踪中的数据关联技术
• 2.3.1 极大似然类数据关联
• 2.3.2 贝叶斯类数据关联
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于SMC 方法的非线性滤波技术
• 3.1 引言
• 3.2 粒子滤波
• 3.3 无迹粒子滤波
• 3.3.1 粒子退化
• 3.3.2 重采样
• 3.3.3 选择更好的重要性分布
• 3.3.4 无迹粒子滤波算法
• 3.4 无迹粒子滤波的改进
• 3.4.1 平方根无迹卡尔曼滤波
• 3.4.2 高斯混合模型的引入
• 3.5 仿真实验
• 3.6 本章小结
• 第4章 公路网先验知识的应用
• 4.1 引言
• 4.2 坐标系的选择
• 4.3 公路和公路网的表示
• 4.3.1 公路的表示
• 4.3.2 公路网的表示
• 4.4 状态模型
• 4.4.1 基本状态模型
• 4.4.2 道路交汇点处理
• 4.5 测量模型
• 4.6 仿真实验
• 4.7 本章小结
• 第5章 地面动目标跟踪中的VSIMM 算法
• 5.1 引言
• 5.2 交互多模型算法
• 5.3 变结构交互多模型算法
• 5.4 模型集设计
• 5.4.1 公路网约束模型
• 5.4.2 “运动－停止－运动”模型
• 5.4.3 高度机动模型
• 5.5 递推模型集自适应方法
• 5.5.1 模型集自适应
• 5.5.2 模型集合序列条件估计
• 5.6 本章小结
• 第6章 地面慢速移动编队目标的跟踪问题
• 6.1 引言
• 6.2 编队目标的定义
• 6.3 编队目标跟踪方法
• 6.3.1 质心跟踪
• 6.3.2 质心跟踪＋单目标航迹维持
• 6.3.3 单目标跟踪＋编队参数估计
• 6.4 编队目标模型
• 6.4.1 一般模型
• 6.4.2 仿射变换
• 6.4.3 仿射模型
• 6.5 仿真实验
• 6.6 本章小结
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 非线性滤波算法
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果