多传感器组网及反隐身、抗干扰接力跟踪技术研究

论文摘要

反隐身、抗干扰的高机动目标定位与跟踪方法是一个具有挑战性的课题。单传感器在来袭目标隐身或伴随支援干扰情况下获取的量测信息缺损时,无法进行定位跟踪。多传感器目标跟踪是信息融合技术在目标跟踪领域的应用范例,它将多个传感器信息有机合成,估计目标的运动状态,产生比单一传感器更优越的跟踪性能。因此,研究如何充分利用多传感器的互补信息和冗余信息,实现对感兴趣目标持续、精确的定位于跟踪,具有重要的理论意义和实际的应用价值。本课题基于与航天集团某部的合作项目,以单地基雷达组网探测跟踪空中机动目标(导弹、飞机等)为背景,主要研究了雷达网布站优化、机动目标融合定位跟踪以及量测盲区航迹拟合与跟踪等问题。课题的主要内容如下:首先,提出了适用于警戒系统的一种雷达优化布站方法,以求在给定的地理环境和应用背景下获得满意的警戒空域、重点探测空域和具备一定的抗干扰、反隐身能力。在分析组网系统探测性能的空间分布和作战原则的基础上,根据所要探测目标的雷达散射面积特性和各雷达的空间探测特性,建立了雷达优化布站的数学模型,并采用遗传算法解决复杂寻优问题。仿真结果验证了该模型进行优化布站的有效性。RCS其次,基于上述雷达布站探测背景,研究了多传感器融合定位跟踪方法,针对干扰背景下各雷达获取量测信息残缺(方位或距离信息丢失)情况下的定位问题,提出了以纯角度、纯距离、全信息等可定位量测子集优组合优化定位的方法来提高定位精度和扩展可定位空域。同时建立了基于当前统计模型的先定位后KF跟踪模型与直接EKF集中式融合跟踪模型。通过仿真试验比较了两种模型在提高跟踪精度和建立连续航迹的有效性。最后,针对现有算法跟踪高机动目标存在的问题,提出了一种基于分段航迹识别的新的机动目标跟踪方法,并将该算法用于三维环境下的盲区机动目标航迹拟合与跟踪,该算法具有一定的创新性。仿真结果表明,与现有的机动目标算法相比,在高机动目标跟踪环境下,本文提出的算法拥有较大的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及立题的意义
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 雷达组网的国内外研究现状
• 1.2.2 多传感器组网信息融合跟踪
• 1.2.3 机动目标航迹拟合与跟踪
• 1.3 课题主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 基于空域覆盖的雷达网布站优化
• 2.1 引言
• 2.2 雷达组网空域覆盖结构的基本理论
• 2.2.1 多雷达组网系统探测性能的空间分布
• 2.2.2 雷达探测距离与目标发现概率的关系
• 2.2.3 干扰条件下雷达探测范围的计算
• 2.3 雷达网优化布站数学模型
• 2.3.1 目标函数的建立
• 2.3.2 寻优算法设计
• 2.4 仿真实验
• 2.4.1 针对隐身目标探测的优化布站
• 2.4.2 针对有向目标的优化布站
• 2.4.3 针对固定连续波干扰源的优化布站
• 2.4.4 针对目标固定航迹的优化布站
• 2.5 本章小结
• 第3章 多雷达组网信息融合定位跟踪
• 3.1 引言
• 3.2 基本Kalman滤波算法
• 3.2.1 Kalman滤波
• 3.2.2 扩展Kalman滤波
• 3.2.3 集中式多传感器融合状态估计
• 3.3 机动目标运动模型
• 3.3.1 CV模型介绍
• 3.3.2 CA模型介绍
• 3.3.3 Singer模型介绍
• 3.3.4 当前统计模型介绍
• 3.4 滤波器初始化
• 3.5 空间几何定位与误差分析
• 3.5.1 球坐标测量定位
• 3.5.2 基于最小二乘的多角度测量定位
• 3.5.3 基于最小二乘的多斜距测量定位
• 3.6 集中式融合定位跟踪算法设计
• 3.7 仿真实验
• 3.8 本章小结
• 第4章 基于STI算法的航迹拟合与跟踪
• 4.1 引言
• 4.2 基本原理
• 4.3 STI 算法模型
• 4.3.1 初始拟合分段过程
• 4.3.2 二次优化拟合过程
• 4.3.3 盲区航迹融合方法
• 4.4 仿真实验
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢