被动目标自动跟踪与融合技术研究

发布时间：2017-09-22 03:05

  本文关键词：被动目标自动跟踪与融合技术研究

  更多相关文章： 低门限检测 多目标自动跟踪 多假设跟踪 目标关联 多阵数据融合

【摘要】：随着现代跟踪环境显著变化，隐身与反隐身、对抗与反对抗措施，强机动、高杂波、低检测率和低检测门限等问题出现，使得跟踪系统设计遇到了强劲的挑战，而且为了得到观测对象更全面、更准确的信息，各种面向复杂应用背景的多传感器数据融合技术越来越受到人们关注。反映到声纳系统中，也有同样的需求和发展趋势。声纳作为最有效的水中探测手段，其探测对象是在海洋中的目标。多途、频散、传播介质的不均匀和海面海底边界的不平整等海洋所特有的环境特性对水声信号传播的影响很大；并且，伴随着安静型潜艇等新型装备的出现，被探测的目标也迅速向安静、快速的方向发展，使得对目标的探测也变得更加困难。这些都要求声纳在作用距离、定位精度等性能指标上相应提高。传统的被动声纳系统中，各声纳相互独立，各功能之间也相互独立，性能有限。充分利用多基阵的数据来进行融合处理，不仅可以改善整个声纳系统的性能，还有可能实现单部声纳因量测数据不足而难以完成的许多任务。但是，与此同时，多阵的引入也使得声纳的数据处理负担变得更加沉重。因此，如何合理地将多基阵信息进行综合利用以获得更大利益，就需要研究开发实用的声纳系统数据融合技术。 本文通过阅读大量中外文献，在了解和掌握数据融合基本理论和算法的基础上，针对被动声纳目标跟踪融合的特点，研究了单阵目标检测和自动跟踪，以及多阵目标航迹关联等算法，并在此基础上提出了一种被动目标自动跟踪与融合处理的系统框架。本文在理论分析、数值仿真与实际数据分析等方面展开了工作，主要有： (1)介绍了目前常用的目标状态估计算法及数据关联算法，并针对被动声纳目标跟踪特点，研究了一种纯方位多假设跟踪算法，并在理论仿真和实际数据分析的基础上，分析了其在低门限条件下目标检测跟踪和多目标自动跟踪的应用。 (2)在实现被动声纳目标纯方位自动跟踪的基础上，，研究了多阵目标航迹关联中的灰度关联理论和航迹融合算法，通过理论仿真，结合航向、距离、频率等其他特征进行了多阵航迹融合算法的原理验证和性能分析。 (3)结合已研究的单阵目标自动跟踪算法及多阵目标航迹融合系统，研究了被动目标跟踪与融合处理系统框架，并基于刀片服务器平台，开发了被动声纳目标跟踪与融合仿真系统。该系统中每部声纳基阵独立实现单阵的目标检测与自动跟踪功能，再将得到的各部声纳基阵跟踪目标的方位、航向、距离、目标特征参数等信息送入多阵目标航迹融合系统中，通过使用灰度关联理论及双阵航迹融合算法，实现多声纳基阵目标的航迹关联,输出航迹关联结果，并对于已实现航迹关联的目标，给出多目标综合态势图。 通过以上的研究工作，得到以下几点主要结论： (1)在低门限检测输出的条件下，计算机仿真和实际数据分析表明基于纯方位多假设跟踪的目标自动跟踪方法不仅对弱目标有较好的检测能力，而且对交叉航迹及新出现目标都有较好的自动跟踪性能。 (2)在实现单阵多目标自动跟踪的基础上，计算机仿真研究表明利用方位并结合航向、距离、频率等目标特征信息的多阵目标航迹融合方法具有较高的关联正确率，并提高了方位估计精度。 (3)在实验室仿真条件下，基于舷侧阵和拖曳阵声纳数据开发的被动声纳目标跟踪与融合处理仿真系统，实现了被动目标的综合态势生成，能够得到比单阵更精确、更完整的估计结果，有效提高了目标跟踪精度和数据可靠性。
【关键词】：低门限检测 多目标自动跟踪 多假设跟踪 目标关联 多阵数据融合
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U666.7
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 发展现状12-13
• 1.3 本文拟解决的关键问题13-14
• 1.4 研究思路及内容14-16
• 第二章 被动目标跟踪与融合算法介绍16-30
• 2.1 状态估计算法16-20
• 2.1.1 跟踪坐标系16-17
• 2.1.2 状态估计17-19
• 2.1.3 仿真分析19-20
• 2.2 数据融合算法20-29
• 2.2.1 最近邻算法20-21
• 2.2.2 概率数据关联21-22
• 2.2.3 多假设跟踪22-23
• 2.2.4 仿真分析23-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 单阵目标自动跟踪方法研究30-44
• 3.1 基于纯方位多假设跟踪算法原理算法30-33
• 3.2 低门限条件下的目标跟踪仿真分析33-34
• 3.3 纯方位多假设自动跟踪与传统方位跟踪的比较研究34-43
• 3.3.1 仿真数据分析34-36
• 3.3.2 实验数据分析36-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 多阵目标航迹融合方法研究44-67
• 4.1 多阵目标航迹融合思路44
• 4.2 航迹关联及融合算法44-49
• 4.2.1 灰色航迹关联算法44-47
• 4.2.2 最优线性航迹融合算法47-49
• 4.3 多阵目标航迹融合仿真49-63
• 4.3.1 基于方位信息的目标航迹融合仿真49-54
• 4.3.2 基于方位-航向信息的目标航迹融合仿真54-59
• 4.3.3 基于方位-距离信息的目标航迹融合59-62
• 4.3.4 基于方位-频率信息的目标航迹融合仿真62-63
• 4.4 目标航迹融合方法性能分析63-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 被动声纳目标跟踪与融合处理仿真系统67-77
• 5.1 仿真系统硬件平台67
• 5.2 软件处理框架67-71
• 5.3 仿真系统处理结果71-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 全文总结与展望77-78
• 6.1 总结77
• 6.2 展望和设想77-78
• 参考文献78-81
• 攻读硕士学位期间参加的科研活动和发表论文81-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 刘仁溥;数据融合技术与潜艇指控系统的发展[J];火力与指挥控制;1994年03期

2 何友，陆大t;，彭应宁;多传感器数据融合算法综述[J];火力与指挥控制;1996年01期

3 何友,彭应宁;分布式多传感器信息融合中的航迹文件管理技术[J];现代雷达;1999年06期

4 颜坤玉;王杰贵;;基于灰关联无源多目标跟踪系统航迹关联算法[J];现代雷达;2010年01期

5 何友,关欣,王国宏;多传感器信息融合研究进展与展望[J];宇航学报;2005年04期

本文编号：898395