基于变结构多模型的强机动目标跟踪算法

摘要

机动目标跟踪问题是目标跟踪领域的一个重要研究方向，在空中预警、战场监视等军事领域，以及空中交通管制、导航系统等民用领域都具有广阔的应用前景。随着科学技术的飞速发展，目标的机动性能越来越强，强机动目标跟踪已成为目标跟踪领域的重要研究课题之一。本文结合“十一五”武器装备预先研究项目，利用变结构的思想，对强机动目标跟踪问题进行了深入研究。主要的研究工作和取得的成果如下：
　　 首先，综述了机动目标跟踪的基本原理，概括总结了机动目标跟踪问题的基本要素，包括目标运动模型以及跟踪机动目标常用的滤波算法，同时分析了各种滤波算法的特点。
　　 其次，详细分析了变结构多模型算法的基本思想和基本原理，重点研究了一种理论上实用的递归自适应模型集合(RAMS)算法，在分析RAMS算法中的模型群组切换(MGS)算法的基础上，通过对滤波过程中模型集合序列似然比的分析，提出了一种理论上“最优”的基于模型集合序列似然比检测的VSMM(SLRT-VSMM)算法，并进行了仿真分析。
　　 再次，由于SLRT-VSMM算法在时效性上没有显著优势，本文结合了图论中有向图的概念实现一种基于有向图的变结构多模型算法，同时结合了无味滤波的概念，提出了基于无味有向图切换变结构多模型(UDS-VSMM)算法。该算法不仅在跟踪精度上优于传统的IMM算法，特别是其在运行时间和运算量上有了很大的下降，更适用于实际场景。
　　 最后，由于目前没有文献对变结构多模型算法在多机动目标的跟踪问题上进行研究，因此，本文对该问题做出一个探索性质的研究，初步提出并实现了一种基于变结构多模型和联合概率数据关联的VSMMJPDA算法，通过仿真对比验证了算法的可行性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.2.1 目标状态估计基本理论

1.2.2 机动目标跟踪算法国内外研究现状及趋势

1.3 本文的主要内容和组织结构

第2章 机动目标跟踪的基本理论与方法

2.1 引言

2.2 机动目标跟踪基本原理

2.3 机动目标跟踪模型

2.3.1 CV和CA模型

2.3.2 匀速转弯模型

2.3.3 Singer模型

2.3.4“当前”统计模型

2.4 机动目标跟踪算法

2.4.1 卡尔曼滤波器

2.4.2 无味Kalman滤波器(UKF)

2.4.3 粒子滤波(PF)

2.4.4 UKF和PF比较

2.4.5 多模型算法

2.5 小结

第3章 强机动目标变结构多模型算法分析

3.1 引言

3.2 变结构多模型算法的基本原理

3.2.1 变结构多模型算法的提出和必要性分析

3.2.2 VSMM算法基本原理

3.2.3 模型组群切换算法

3.3 一种基于模型集合序列似然比检测的VSMM算法

3.3.1 使用序列方法的原因

3.3.2 模型集合的序列似然比检测

3.3.3 仿真实例

3.4 小结

第4章 基于无味有向图切换变结构多模型算法的强机动目标跟踪

4.1 引言

4.2 有向图的图论表述

4.3 基于无味有向图切换的变结构多模型算法

4.4 仿真情景及结果分析

4.5 UDS-VSMM算法在跟踪超高音速飞行器中的应用

4.6 小结

第5章 基于变结构多模型算法的多机动目标跟踪探索

5.1 多机动目标跟踪基本原理及解决方案

5.1.1 多机动目标跟踪基本原理及发展现状

5.1.2 JPDA算法核心思想描述

5.2 VSMMJPDA算法探索

5.3 仿真情景及结果图

5.4 小结

第6章 总结和展望

6.1 本文主要工作总结

6.2 未来展望

致谢

参考文献

附录