船舶导航雷达运动目标跟踪技术研究

摘要

在雷达数据处理中，目标跟踪是一个很重要的组成部分，在军事和民用领域有着广阔的应用背景，其研究已经受到广泛的关注，而机动目标跟踪问题更是一个研究热点。目前在雷达、导航、自动控制等领域，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。本论文对运动目标跟踪进行了深入、详细的研究，着重研究了目标跟踪过程中各种滤波器的跟踪性能。 本文首先介绍了模拟运动目标的目的及方法，在论文的研究过程中，模拟出准确、可靠的目标运动状态及目标的实时数据信息，对于雷达跟踪过程具有重要作用。其次，详细分析了目标跟踪的基本原理，包括目标运动模型的建立以及基本的跟踪滤波方法，重点分析了变增益α-β、α-β-γ滤波算法、常增益α-β、α-β-γ，滤波算法。由于船舶惯性一般较大，因此船舶的航行过程在一定时间段内可视为作匀速直线运动，这种情况下α-β滤波算法能够很好地跟踪目标；但从整个船舶航行的过程来看，当海面风浪较大、多目标密集需要安全避碰以及按固定航线改变航向时，避免不了机动情况的发生，因此α-β滤波算法就有其局限性。α-β-γ滤波算法引入了加速度滤波系数，能够很好地检测并跟踪作匀加速运动或发生机动的目标。变增益滤波算法能够随时间变化自适应调节滤波系数，使滤波效果达到最佳，但计算滤波器系数的过程较为复杂，计算量大；使用常增益滤波算法，设置固定的滤波系数，降低了滤波系数的计算复杂程度和计算量，更容易实现，但在自适应方面远不如变增益滤波算法。 本文在对上述几种滤波器理论分析的基础上，对算法进行了研究和设计并利用Visual C++语言编写了实现这些跟踪算法的计算机软件。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运动目标，用不同的跟踪算法进行跟踪，研究跟踪性能。根据实验结果对每种滤波器的跟踪性能做了分析，并对各种情况进行比较，给出每种滤波器适用的条件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1论文背景及意义

1.2本文的研究内容和结构安排

第2章雷达运动目标的模拟

2.1模拟目标运动模型的要求

2.2雷达运动目标模拟程序设计

2.2.1模拟运动目标基本流程

2.2.2目标运动方程

2.3目标运动参数的计算

2.3.1真运动-相对运动的矢量换算

2.3.2目标相对运动航向航速的计算

2.4雷达测量噪声模拟

2.5运动矢量的各种显示方式

2.6雷达运动目标数据输出

2.7本章小结

第3章雷达运动目标跟踪原理

3.1目标跟踪技术基本原理

3.2目标运动模型

3.3航迹相关与航迹外推

3.3.1航迹相关

3.3.2航迹外推

3.4滤波理论

3.4.1变增益α-β滤波

3.4.2常增益α-β滤波

3.4.3变增益α-β-γ滤波

3.4.4常增益α-β-γ滤波

3.5本章小结

第4章雷达运动目标跟踪算法实现

4.1α-β滤波器跟踪算法程序流程

4.2α-β-γ滤波器跟踪算法程序流程

4.3相关波门的设置

4.4目标跟踪系统程序设计

4.5本章小结

第五章 跟踪算法仿真实验及滤波器性能比较

5.1整体实验设计

5.2 α-β滤波器跟踪性能分析

5.2.1变增益α-β滤波器跟踪性能

5.2.2常增益α-β滤波器跟踪性能

5.3α-β-γ滤波器跟踪性能分析

5.3.1变增益α-β-γ滤波器跟踪性能

5.3.2常增益α-β-γ滤波器跟踪性能

5.4滤波器跟踪性能比较

5.5本章小结

结 论

参考文献

致 谢