激光运动目标空间定位与KF算法跟踪研究

摘要

由于激光相对于微波的特殊优势，使得激光雷达在测距精度、测角精度、对抗和抗干扰方面具有特殊优势。激光扫描探测雷达主要功能涉及到既定空域扫描、运动目标定位和跟踪等，而目标定位能力和跟踪能力是激光雷达系统的核心功能指标。对运动目标的精确定位和有效跟踪是激光雷达系统的重要研究内容。
　　本论文首先概括介绍了激光雷达测向定位方法，同时也简要介绍了运动目标跟踪滤波的各种算法。针对运动目标采用小角度高速扫描探测激光雷达系统，设计了基于振镜的激光雷达扫描定位系统。综合探测系统结构特点，详细分析了平台级和系统级别的空间配准方案，分别推导了平台内部和平台间的空间坐标转换融合关系式。设计了基于振镜的回波探测光学系统和直接回波探测光学系统，确定了两种探测系统的定位方式，概括介绍了各自系统的工作流程。
　　详细介绍了运动目标的典型跟踪滤波算法，对在指定空域高速运动的单模型运动目标进行了KF（卡尔曼滤波）算法的详细推导，并通过仿真分析噪声及运算次数对算法的影响，之后仿真分析了滤波算法所得轨迹与目标量测轨迹的误差。结果表明，针对既定的目标运动模型和运动空域，KF算法可以有效实现对运动目标的轨迹预判，基于运动目标轨迹预判信息，跟踪随动系统实现持续跟踪。
　　结合一定探测系统要求，给出了振镜、随动云台的设计依据及各自的详细参数，针对上述部件对目标定位与跟踪功能的实现情况进行了简要介绍。介绍了激光发射扫描探测系统的实物构成、控制软件和运动目标模拟器。最后对系统定位和跟踪功能进行了简要测试，测试了振镜定位精度，并对随动云台进行了单步跟踪实验，并将结果进行了分析。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2目标定位研究现状概述

1.3目标运动模型及单模型跟踪算法

1.4本文研究内容及结构安排

第二章 系统目标定位

2.1激光雷达运动目标探测系统介绍

2.2激光雷达系统空间配准

2.3单站光学接收系统及目标定位

2.4本章小结

第三章 运动目标KF算法跟踪研究

3.1运动目标模型

3.2 KF（卡尔曼滤波）算法概述

3.3 KF算法跟踪仿真分析

3.4目标跟踪系统仿真

3.5本章小结

第四章 目标定位与跟踪系统设计及测试

4.1目标定位与跟踪系统部件介绍

4.2定位与跟踪功能实现

4.3扫描探测跟踪系统实现

4.4定位与跟踪功能测试实验

4.5本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者简介

1. 基本情况

2. 教育背景

3. 攻读硕士学位期间的研究成果