面向卫星资源规划的海面运动目标分析方法研究

论文摘要

面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题研究具有重大的应用价值,在海洋搜救、海关缉私、态势评估等方面具有广阔的应用前景。基于卫星平台的海面运动目标搜索由于观测环境的复杂性、目标运动的不确定性和观测设备的不完善性,导致了问题比较复杂。而目前面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题研究仍处于探索阶段,在理论研究和实际应用中存在许多亟待解决的问题。基于上述背景,在总结分析国内外相关工作的基础上,论文针对面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题展开研究,涉及的内容包括卫星搜索海面运动目标规划问题分析、求解模型构建、目标状态预测及传感器规划调度等方面,主要的工作在于:(1)在对面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题进行分析的基础上,针对已有研究工作的不足及问题本身特点,提出了将问题的求解分成运动目标状态预测和传感器规划调度两个关键部分的问题求解框架。(2)针对求解框架中目标状态预测问题,引入无迹粒子滤波的思想。在单个目标的场景下,结合机动目标跟踪中的交互多模型思想,提出了基于无迹粒子滤波的交互多模型单海面运动目标状态预测算法;在多个目标的情况下,采用多目标联合概率密度来描述多目标的状态,并结合无迹粒子滤波器提出了基于联合概率密度无迹粒子滤波的多目标状态预测算法。(3)在传感器规划调度问题的求解上,借鉴信息论的观点,提出了基于Rényi散度的星载传感器调度方法,Rényi散度方法根据信息熵原理,选择概率密度变化最大的区域进行观测,从而保证每次观测所获取的信息增量最大,尽可能的发现目标。(4)基于设计的目标状态预测方法和传感器规划调度方法,提出了完整地针对单个和多个海面运动目标的卫星搜索算法,进行了原型系统的设计与实现,并在原型系统上对本文算法进行了实验仿真和分析,以验证论文提出的各项关键技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 卫星海洋探测系统的应用与发展
• 1.2.2 运动目标搜索的相关研究
• 1.2.3 针对目标搜索跟踪的传感器管理方法研究
• 1.2.4 研究现状总结
• 1.3 论文研究内容及组织结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 第二章 面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题分析及建模
• 2.1 卫星海洋搜索任务工作流程
• 2.2 海面运动目标描述
• 2.2.1 海面运动目标特点
• 2.2.2 目标活动区域的定义及处理策略
• 2.2.3 目标先验分布概率与后验分布概率
• 2.3 面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题分析
• 2.3.1 问题描述
• 2.3.2 海面运动目标预测
• 2.3.3 传感器模型
• 2.3.4 卫星海洋搜索任务约束分析
• 2.3.5 卫星海面运动目标探测系统的不确定因素
• 2.3.6 面向海面运动目标搜索的多星任务规划模式分析
• 2.4 面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题求解框架
• 2.5 本章小结
• 第三章 海面运动目标预测算法的设计与实现
• 3.1 无迹粒子滤波基础理论
• 3.1.1 粒子滤波
• 3.1.2 无迹粒子滤波
• 3.2 基于IMM-UPF 的单个海面运动目标预测方法
• 3.2.1 交互多模型方法
• 3.2.2 基于IMM-UPF 的海面运动目标预测方法
• 3.3 基于JMPD-UPF 的多个海面运动目标预测方法
• 3.3.1 多目标联合概率密度（JMPD）
• 3.3.2 基于JMPD-UPF 的多个海面运动目标预测方法
• 3.4 实验及分析
• 3.4.1 无迹粒子滤波算法（UPF）仿真及分析
• 3.4.2 基于无迹粒子滤波的交互多模型算法（IMM-UPF）实验仿真及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于Rényi 散度的卫星搜索海面运动目标调度算法设计与实现
• 4.1 Rényi 散度
• 4.2 基于Rényi 散度的卫星星载传感器调度方法
• 4.2.1 Rényi 散度调度方法
• 4.2.2 实时-非实时规划方案调整方法
• 4.3 实验及分析
• 4.3.1 实验环境与数据
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 原型系统设计与算法应用
• 5.1 面向卫星资源规划的海面运动目标搜索问题求解算法
• 5.2 卫星搜索海面运动目标任务规划系统的组织结构与功能
• 5.3 算法实现
• 5.4 基于系统的算法仿真
• 5.4.1 单个运动目标实验
• 5.4.2 多个运动目标实验
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 进一步的研究方向
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果