基于变结构多模型算法的目标跟踪系统研究

摘要

目标跟踪技术现今已被广泛应用于军事防空系统、战场监视，民航空中管制，汽车导航等领域。随着精确跟踪定位需求的增加，以及各类高速、高机动飞行器的不断涌现，目标跟踪技术的研究已经成为当今科研工作的热点。 本文深入研究了采用变结构多模型算法，设计和实现目标跟踪系统的技术。首先，分析了单目标跟踪的基本原理和方法。随后，研究了滤波算法的选取以及工程中经常出现的滤波发散现象的解决方法。根据跟踪系统的实际要求，提出了一种混合的滤波算法。仿真结果显示，其跟踪效果比标准卡尔曼滤波有很大提高。接着深入研究了模型群切换(MGS)算法的实现原理和应用技术，并对其核心部分，进行了深入的分析。并采用该算法，设计完成了针对直升机的单目标跟踪系统。最后，实现了该跟踪系统的软件设计，并使用直升机几种常见的机动形式对系统的跟踪效果进行验证。 变结构多模型算法作为一种目标跟踪算法发展的新方向，克服了以往固定结构多模型算法的种种缺陷，顺应现今对于高性能跟踪算法的需求，未来一定会有广阔的发展空间。在本文最后，根据研究过程中发现的一些问题，对“当前”统计模型、滤波算法和MGS算法，提出了几点改进建议，作为今后继续进行研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1目标跟踪的意义

1.2机动目标跟踪的发展现状

1.3本文内容和编排

2多模型目标跟踪算法

2.1固定结构多模型跟踪算法

2.1.1固定结构多模型跟踪算法的发展

2.1.2 IMM算法原理及分析

2.1.3固定结构多模型算法的缺陷

2.2变结构多模型算法

2.2.1变结构多模型算法的改进

2.2.2 MGS算法研究

2.3本章小结

3直升机跟踪系统原理分析

3.1单机动目标跟踪的基本原理

3.2直升机运动数学模型的建立

3.2.1目标的状态模型和量测模型

3.2.2坐标系的选取

3.2 3机动目标运动模型的建立

3.3卡尔曼滤波算法

3.3.1卡尔曼滤波算法的基本形式

3.3.2扩展卡尔曼滤波算法

3.3.3滤波发散现象及改进方法

3.3.4滤波改进算法及仿真比较

3.4本章小结

4基于MGS算法的直升机跟踪系统设计

4.1模型集合自适应部分设计

4.1.1整体模型集合设计

4.1.2模型群覆盖设计

4.1.3模型集合自适应设计

4.2模型集合序列条件估计部分设计

4.2.1新激活模型的初始化

4.2.2模型转移概率矩阵设计

4.2.3模型重新初始化和滤波估计

4.2.4模型概率更新和估计融合

4.3跟踪系统软件实现

4.3.1主要数据结构分析

4.3.2软件流程简介

4.3.3系统的初始化设计

4.4跟踪系统仿真及分析

4.4.1跟踪误差统计分析

4.4.2俯冲机动

4.4.3水平转弯机动

4.4.4蛇形机动

4.5本章小结

5总结和展望

致 谢

参考文献