分布式主动声呐连续波波形设计及其目标跟踪技术

摘要

主动声呐信号波形不仅是影响探测性能的一个主要因素，也直接影响了信号处理方法，同时，主动声呐对高速运动的目标进行跟踪时，需要对目标实现高刷新率的跟踪以保证跟踪轨迹的连续性，进而提高跟踪性能。因此，本论文以此为出发点，对主动声呐探测波形进行设计，对主动声呐信号进行处理，达到提高目标跟踪刷新率，获得连续稳健跟踪结果的目的。 首先，对主动声呐信号波形设计展开了研究。给出了波形形式及参数选择的方法与原则，从抗混响和多用户两个角度分析了多基地探测系统的波形设计要求。此外，从提高目标探测的数据刷新率，实现连续稳健的跟踪的角度出发，选择连续波波形作为本文的主动声呐信号形式。 其次，结合连续波信号体制的分时处理特点，以探测性能为准则，对多基地探测的连续波波形优化设计展开了研究。讨论了脉冲主动声呐（Pulsed Active Sonar,PAS）和连续主动声呐（Continuous Active Sonar,CAS）信号的分时处理方法，综合比较了PAS信号和CAS信号在检测方面的性能，讨论了CAS系统信号处理增益与目标刷新率相互制约的关系，针对CAS信号探测中存在的缺点，引入了广义正弦调频(Generalized Sinusoidal Frequency Modulated，GSFM)信号进行改进，从信号波形的角度提高了分时处理的增益，在保障了高刷新率的同时，获得了更好的检测性能，有利于后续对目标的跟踪。 最后，针对连续波信号本身及分时处理的特点，对连续波主动声呐信号的目标跟踪方法及性能展开了研究。利用连续波信号，在经分时处理后对单目标与多目标进行跟踪，仿真分析了连续波信号在跟踪中的优势，提高了目标刷新率，降低了跟踪过程中的目标位置误差，并给出了选择最小分时脉宽进行跟踪的标准，通过试验数据的验证，证明了连续波信号分时处理后能够获得连续稳健的跟踪结果，达到了本文设计的目的。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1论文背景与研究意义

1．2声呐信号波形设计的发展现状

1．3目标跟踪研究现状

1．4本文的主要研究内容

第2章主动声呐信号波形设计

2．1主动声呐信号波形设计方法

2．2．1双基地声呐工作盲区限制

2．2．2抗混响波形设计

2．2．3多用户波形设计

2．3本章小结

第3章基于分时处理的连续波波形优化设计

3．1匹配滤波分时处理方法

3．2 CAS-LFM信号检测性能分析

3．3 CAS-GSFM信号连续波波形设计

3．3．1 GSFM信号特性分析

3．3．2 CAS-GSFM信号波形设计

3．4 CAS-GSFM信号检测性能对比分析

3．5本章小结

第4章连续主动声呐目标跟踪应用

4．1基于卡尔曼滤波的单目标跟踪

4．1．1卡尔曼滤波系统模型

4．1．2卡尔曼滤波器的初始化

4．1．3卡尔曼滤波跟踪仿真分析

4．1．4试验数据处理

4．2基于PHD滤波器的多目标跟踪

4．2．1 PHD滤波器的基本原理

4．2．2 GM-PHD滤波器

4．2．3多目标跟踪算法性能评价

4．2．4多目标跟踪仿真分析

4．3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢