水下目标协同定位及跟踪算法研究

发布时间：2021-05-08 19:56

　　随着世界各国对海洋资源的重视与日俱增,海洋军事和水声工程技术获得了飞速发展。在现代海战中,对目标进行精确定位及跟踪是对无人潜艇器及水下机器人等目标打击的必要前提,而传统的水下单节点探测系统已经无法完成精确定位及跟踪的目的,基于水下多节点的协同探测系统应运而生。本文重点研究一种在水下多节点布局模式下的协同定位及跟踪算法,旨在有效提高目标定位及跟踪精度。首先,基于阵列中不同水听器采集到的目标回波信号,建立了接收目标信号的数学模型,采用多重信号分类（Multiple20Signal20Classification,MUSIC）算法,实现了单节点下目标角度估计。在此基础上,结合高斯牛顿迭代法,设计了一种融合多节点目标角度信息的协同定位算法。仿真结果表明:设计的协同定位算法在低信噪比下提高了目标定位精度。另外,探讨了不同编队形式及节点数目对协同目标定位精度的影响。针对水下环境中声速未知的情况,理论分析声速变化对基于MUSIC的协同定位性能影响的基础上,进行了仿真验证。然后,针对基于高斯牛顿迭代法设计的融合协同定位算法的定位精度和时效性问题,设计了一种基于粒子群优化的协同定位算法,探讨了不同节点数... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状和发展态势
        1.2.1 水下目标定位算法的国内外研究现状
        1.2.2 水下目标跟踪算法的国内外研究现状
    1.3 研究内容和组织结构安排
第二章 多节点协同定位算法研究
    2.1 基于波达方向估计方法研究
        2.1.1 单节点阵列接收信号模型分析
        2.1.2 空间谱估计模型建立
        2.1.3 基于节点阵列的信号处理
        2.1.4 MUSIC算法
        2.1.5 基于MUSIC算法的单节点DOA估计仿真及分析
    2.2 协同DOA定位算法研究
        2.2.1 协同探测系统理论概述及模型建立
        2.2.2 协同定位流程设计
        2.2.3 改进的融合定位算法
        2.2.4 探测系统布局模式研究
        2.2.5 协同DOA定位算法仿真及结果分析
    2.3 水下未知声速对协同定位算法的影响研究
        2.3.1 声速对定位算法估计的影响分析
        2.3.2 声速对协同定位算法估计性能的仿真
    2.4 本章小结
第三章 基于粒子群优化的协同定位算法研究
    3.1 基于粒子群优化算法的多节点定位分析
        3.1.1 粒子群优化算法寻优分析
        3.1.2 基于多节点定位下适应度函数及影响参数设计
        3.1.3 基于PSO的多节点定位算法流程
    3.2 基于粒子群优化算法的协同定位仿真
        3.2.1 高斯牛顿迭代法与粒子群算法的仿真对比
        3.2.2 不同节点数量及布局模式的定位仿真
    3.3 本章小结
第四章 多节点协同跟踪算法研究
    4.1 协同跟踪原理分析
        4.1.1 协同跟踪模型及目标运动模型建立
        4.1.2 Kalman滤波及节点目标量测模型建立
        4.1.3 基于数据融合的滤波算法设计
    4.2 基于多节点融合的EKF滤波研究
        4.2.1 基于角度的简单运动目标EKF滤波
        4.2.2 多节点EKF跟踪算法仿真分析
    4.3 基于多节点融合IMMEKF滤波研究
        4.3.1 基于角度的复杂机动目标IMMEKF滤波
        4.3.2 多节点IMMEKF跟踪算法仿真分析
    4.4 基于目标跟随的多节点协同探测策略探究
        4.4.1 水下运动多节点编队控制研究
        4.4.2 基于目标跟随的多节点协同定位及跟踪原理分析
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于迭代无迹卡尔曼滤波的小型无人机目标定位方法[J]. 唐大全,柳向阳,邓伟栋,丁鹏程.  指挥控制与仿真. 2019(01)
[2]MUSIC算法的性能分析与改进[J]. 张杰,张良.  电子测量技术. 2017(10)
[3]一种基于UKF交互多模型算法[J]. 刘伟,刘宁.  雷达科学与技术. 2015(03)
[4]采用一致性算法与虚拟结构的多自主水下航行器编队控制[J]. 袁健,唐功友.  智能系统学报. 2011(03)
[5]基于加性无迹卡尔曼滤波的雷达目标跟踪方法[J]. 黄胜昔,刘华.  计算机工程与应用. 2010(08)
[6]基于UKF的交互多模型算法[J]. 朱安福,景占荣,高田,羊彦,张安学.  系统仿真学报. 2009(03)
[7]多模型估计理论[J]. 肖乾.  舰船科学技术. 2005(02)
[8]基于多级维纳滤波器降维技术的波达方向估计[J]. 黄磊,袁伟明,张林让,吴顺君.  西安电子科技大学学报. 2004(06)
[9]一种新的相干信源DOA估计算法:加权空间平滑协方差矩阵的Toeplitz矩阵拟合[J]. 王布宏,王永良,陈辉.  电子学报. 2003(09)
[10]采样Kalman滤波器在天文卫星定姿滤波中的应用[J]. 武延鹏,尤政,任大海.  清华大学学报(自然科学版). 2003(08)

博士论文
[1]雷达机动目标运动模型与跟踪算法研究[D]. 刘昌云.西安电子科技大学 2014

硕士论文
[1]基于交互多模型的机动目标跟踪算法研究[D]. 张红玉.大连海事大学 2017
[2]基于交互多模型的反舰导弹轨迹跟踪[D]. 许天野.华东交通大学 2014
[3]基于交互多模型的机动目标跟踪算法研究及硬件实现[D]. 姬存慧.南京理工大学 2013
[4]海洋环境噪声建模研究[D]. 吴静.哈尔滨工程大学 2007



本文编号：3175908