带径向速度观测的跟踪算法研究

论文摘要

机动目标跟踪是一个研究对目标机动运动不能准确描述的目标运动估计问题。它在军用和民用领域中有着广泛的应用。随着机动目标跟踪理论研究的日益成熟和深入,它在工程领域中的应用也愈加广泛;反过来,实际工程环境对传统的理论算法也提出了新的挑战。根据前人的研究可知,高频地波雷达跟踪系统通常用位置量测（即径向距离量测和角度量测）对目标进行跟踪,而由于二者观测精度不高,故导致跟踪系统的精度非常有限。针对这一情况,本文在滤波方面,提出了一种将多普勒量测信息引入到嵌入交互式多模型滤波框架的二维去偏一致转换量测卡尔曼滤波的新方法;在机动检测方面,提出了一种利用多普勒量测信息来估算法线加速度的方法。（1）机动滤波算法方面首先用斜距和多普勒量测的乘积构造伪量测,以减小多普勒量测和目标运动运动状态之间的强非线性程度;然后用嵌套条件方法得到了转换量测误差前两阶矩的一致估计;最后根据伪量测是目标运动状态二次函数的特性,用二阶扩展卡尔曼滤波算法最优地实现了非线性跟踪滤波,其中为了进一步减小二阶扩展卡尔曼滤波算法的近似误差,利用Cholesky分解实现了位置量测和伪量测的序贯处理。Monte-Carlo仿真结果表明,当引入多普勒量测时,相对于只有目标的位置观测来说其收敛速度加快,均方误差减小,提高了跟踪滤波器的。（2）机动检测方面目标机动检测之所以成为一个难题,是由于目标的加速度并不是一个可以直接测量就能得到的信息。故我们希望利用径向速度这一观测值来统计目标加速度,作为机动检测的标志。在转弯模型中,变化门限,统计其接收特性,并观察检测结果。最后,根据收录的各个量测信息,利用Visual C++ 2005软件,对高频雷达的信息进行综合显示,直观而准确地显示雷达监测到的实时信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 带径向速度观测的目标跟踪研究的目的和意义
• 1.2 带径向速度观测的目标跟踪研究的发展及研究现状
• 1.2.1 滤波于预测
• 1.2.2 机动目标模型
• 1.3 带径向速度观测的目标跟踪研究的基本原理
• 1.4 本文的主要内容和安排
• 第2章 机动目标跟踪中的自适应滤波算法
• 2.1 线性动态系统的滤波理论与算法
• 2.1.1 卡尔曼滤波算法原理
• 2.1.2 卡尔曼滤波算法步骤
• 2.1.3 卡尔曼滤波算法的特点
• 2.2 非线性动态系统的滤波理论与算法
• 2.2.1 带径向观测的CMKF滤波算法原理
• 2.2.2 带径向观测的CMKF滤波算法步骤
• 2.3 Cmin机动检测算法
• 2.4 本章小节
• 第3章 机动目标跟踪模型及算法
• 3.1 机动目标的基本模型
• 3.1.1 匀速（CV）模型
• 3.1.2 匀加速（CA）模型
• 3.1.3 匀速率（CT）模型
• 3.2 交互式多模型（IMM）算法
• 3.2.1 IMM算法原理
• 3.2.2 IMM算法步骤
• 3.2.3 IMM算法特点总结
• 3.3 本章小结
• 第4章 仿真实验结果与分析
• 4.1 仿真实验分析
• 4.1.1 初值估计
• 4.1.2 性能指标
• 4.2 带径向速度观测CMKF滤波算法仿真实验
• 4.2.1 VRKF和EKF、CMKF仿真实验比较
• IMM和CMKF_IMM仿真实验比较'>4.2.2 VRKF_IMM和CMKF_IMM仿真实验比较
• IMM和CMKF_IMM实际数据仿真比较'>4.2.3 VRKF_IMM和CMKF_IMM实际数据仿真比较
• 4.3 Cmin机动检测算法
• 4.4 本章小结
• 第5章 高频雷达综合信息显示软件开发
• 5.1 信息综合显示要求
• 5.1.1 总技术要求
• 5.1.2 对总技术要求的具体分析
• 5.2 运行环境
• 5.2.1 Microsoft Visual C++ 2005 工具
• 5.2.2 MFC
• 5.3 软件方案设计
• 5.3.1 人机交互界面的设计
• 5.3.2 目标航迹显示
• 5.3.3 参量列表显示
• 5.3.4 三要素图显示
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢