船舶导航雷达运动目标跟踪性能改进方法研究

摘要

随着航运经济的发展，船舶的机动可能性越来越大，尤其在港区附近，船舶行驶环境变得更加复杂。对于海面目标来说，在运动过程中会受到各种外界的随机干扰，例如物体本身的加速减速、多目标密集、海面波浪的冲击、转弯等机动行为，尤其是对于体积重量等都比较小的船只，外力对其的作用大于其船只本身的动力，所以机动性比较强，跟踪难度大。另外，由于海面杂波和天气等外界因素的影响，可能造成目标跟踪丢失。目前在雷达导航领域，常用的跟踪滤波器有α-β滤波器、α-β-γ滤波器、卡尔曼滤波器等。这些滤波器在目标不发生机动或者机动较小时跟踪效果很好，但是当目标发生大机动时，都不能很好的对目标进行跟踪。
　　 本文对运动目标跟踪进行了深入的研究，着重研究了目标跟踪过程中，当目标密集时可能出现误跟踪，当目标发生突然机动时，α-β滤波器和α-β-γ滤波器进行跟踪时存在的问题，并改进跟踪算法。其次，在WINDOWS下利用Visual C++对船舶导航中同一目标的雷达信息和AIS信息进行模拟，把船舶自动识别系统(AIS)信息引入船舶导航雷达跟踪系统，针对跟踪过程中存在的问题，利用船舶自动识别系统(AIS)信息改进α-β滤波器和α-β-γ滤波器。利用自行开发的雷达运动目标模拟软件，产生各种不同情况的机动目标，用不同跟踪算法进行跟踪，研究目标发生突然机动时，改进算法前后α-β滤波器和α-β-γ滤波器的跟踪性能。最后通过仿真实验来验证改进算法前后α-β滤波器和α-β-γ滤波器的跟踪性能，并对跟踪性能进行了比较分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文背景及意义

1．2 目标跟踪的研究现状

1．2．1 雷达运动目标跟踪研究现状

1．2．2 AIS信息处理研究现状

1．3 本文的主要内容和结构安排

1．3．1 本文的主要内容

1．3．2 本文的结构安排

第2章 雷达运动目标跟踪原理

2．1 雷达目标检测及录取

2．2 边扫描边跟踪雷达的基本原理

2．3 多目标跟踪的基本原理

2．4 航迹相关

2．5 滤波理论及跟踪算法的实现

2．5．1 α-β滤波

2．5．2 α-β-γ滤波

2．6 本章小结

第3章 利用目标回波特征改进目标跟踪性能

3．1 目标回波特征

3．2 目标回波特征分析

3．3 利用目标回波特征改进跟踪性能

3．4 本章小结

第4章 利用AIS信息改进目标跟踪性能

4．1 目标机动的影响

4．2 AIS系统概述

4．2．1 AIS系统的工作过程

4．2．2 AIS的信息分类

4．2．3 AIS的优点

4．3 运动模型坐标系的选择

4．3．1 目标运动模型

4．3．2 真运动——相对运动的矢量换算

4．4 雷达和AIS目标信息的时空校准

4．4．1 空间数据校准

4．4．2 时间数据校准

4．5 航迹关联

4．5．1 MK-NN算法的关联期

4．5．2 MK-NN算法的检查期和保持期

4．5．3 MK-NN算法的阈值选择

4．6 利用AIS信息对滤波算法进行改进

4．6．1 改进α-β滤波器

4．6．2 改进α-β-γ滤波器

4．7 本章小结

第5章 跟踪算法仿真实验及结果分析

5．1 改进前后α-β滤波器跟踪性能分析

5．1．1 目标发生加速机动

5．1．2 目标发生转向机动

5．2 改进前后α-β-γ滤波器跟踪性能分析

5．2．1 无噪声背景下目标发生机动

5．2．2 有噪声背景下目标发生机动

5．3 本章小结

总结

参考文献

致谢

研究生履历