飞行器用遥测系统的自跟踪模式设计和跟踪算法研究

论文摘要

单脉冲雷达是一种经典的雷达工作模式,主要用于跟踪测量,随着电子技术,空间技术的发展,遥测跟踪应用越来越广泛,除了军事应用之外,跟踪技术也越来越广泛的应用到民用领域中,本课题正是在这样一个背景下展开的。本文阐述了单通道单脉冲遥测跟踪体制的原理和方法,介绍了本遥测接收机系统的整体架构。围绕着信号处理平台分别讨论了数据采集子系统、伺服控制子系统、系统应用软件架构的原理与实现。在此基础上,介绍了对系统应用软件进行的改进工作,包括改善了串口通用通信程序,设计并完成了模拟手动控制杆程序,改善应用程序操作性能,设计并改善了伺服系统串口的自动扫描程序,在一定情况下,提高了系统的调试效率。本文还介绍了对系统进行的后期整体维护工作,阐述了在已有系统遥测跟踪功能的基础上,基于原系统的信道,增加设计了模拟视频传输,扩展了该遥测系统的应用效果。本文重点讨论了应用于运动目标跟踪领域中的各类Kalman(卡尔曼)滤波器统计信号处理算法,在对比了经典线性Kalman滤波器算法,EKF(扩展卡尔曼滤波器),UKF(采样型卡尔曼滤波器)等算法的主要优缺点后,以UKF算法作为主要理论研究方向,在吸收了一些STF(强跟踪滤波器)主要优化思想的基础上,引入了衰减因子,发展了UKF改进算法MAUKF(衰减记忆UKF)算法。从原理上,简单说明了MAUKF算法的优越性,接着在遥测跟踪应用背景下对各种算法分别进行了相同条件下的运动轨迹估计仿真,对比仿真结果,也证明了在高斯白噪声背景下的非线性系统中,MAUKF算法具有较好的算法鲁棒性和较快的收敛速度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的现状及意义
• 1.2 课题背景
• 1.3 论文的主要研究工作和结构安排
• 第二章 遥测跟踪接收机系统总体
• 2.1 系统介绍
• 2.2 系统的组成及其工作原理
• 2.2.1 系统组成
• 2.2.2 系统工作原理
• 2.3 系统主要技术指标
• 2.4 本章小节
• 第三章 信号数据采集与处理
• 3.1 系统信号处理硬件平台及其架构
• 3.2 系统接口设置及各功能模块描述
• 3.3 信号数据采集实现
• 3.3.1 各个跟踪模式的数据采集要求
• 3.3.2 接收机测角归一化
• 3.3.3 数据采集方案及注意点
• 3.3.4 数据采集实现
• 3.3.5 天线真实俯仰角、方位角信号采集
• 3.4 本章小节
• 第四章 系统伺服控制实现简介
• 4.1 跟踪雷达伺服系统作用与特点
• 4.2 伺服系统的组成与工作原理
• 4.3 伺服系统的控制实现
• 4.3.1 RS232 串口的选择
• 4.3.2 串口通信方法实现
• 4.3.3 天线真实方位角、俯仰角信息获取
• 4.4 本章小节
• 第五章 系统主要软件结构及其改进
• 5.1 系统应用软件总体框架及其介绍
• 5.2 应用程序软件操作主界面介绍
• 5.3 软件改进
• 5.3.1 RS232 串口通信程序改进
• 5.3.2 开关量输入卡端口扫描程序
• 5.3.3 模拟手动控制杆控制程序
• 5.4 本章小节
• 第六章 Kalman 遥测跟踪算法研究
• 6.1 信号处理中的信号估计
• 6.2 目标跟踪算法的应用及发展过程
• 6.3 本系统对目标方位采用的现行跟踪预测方法
• 6.4 Kalman 滤波的基本算法及其特点
• 6.5 EKF（推广Kalman 滤波器）的算法及其特点
• 6.6 UKF（Unscented Kalman 滤波器）算法及特点
• 6.7 UKF 的改进—MAUKF 算法
• 6.8 各个算法仿真及性能分析
• 6.9 本章小结
• 第七章 遥测跟踪接收系统的改进、维护、调试及结果分析
• 7.1 系统新增加功能
• 7.2 系统验收
• 7.2.1 图像测试
• 7.2.2 PCM 数据测试
• 7.3 异常描述及采取的措施
• 7.4 系统下一步改进
• 7.5 本章小节
• 第八章 论文总结
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻硕期间所取得的成果