多相干源跟踪优化算法研究

发布时间：2020-06-14 23:34

【摘要】：在水下目标探测、定位与导航等水声工程应用中,通常需要利用海底应答器、海面浮标等传感器装置。通过测量目标辐射或反射的声信号到达各传感器的到达时间(TOA)、到达方向(DOA)以及到达不同传感器的时间差等对目标进行定位。本论文围绕某水下多目标定位与跟踪系统展开,针对实现水下多相干目标定位与跟踪的目的,提出了一套可行的解决方案。本论文研究内容主要包括以下几方面:论述了几种常用的几何定位算法的基本原理,包括基于信号到达时间、到达角度、到达时间差的定位算法。还简单地介绍了基于物理原理的接收信号强度定位方法。接着详细地讨论了基于泰勒级数展开的定位算法,该算法适用于多种不同类型数据的数据融合,弥补了经典的几何定位算法只能应用于几种特定情况的不足。此外,还对目标跟踪中用到的卡尔曼滤波算法进行了论述。对多相干源的定位与跟踪问题分别提出了一种可行的方法。对于多相干源的定位问题,提出了一种基于遍历搜索策略的定位算法,并对该方法可能存在虚假目标的问题提出了改进方法。经理论推导并仿真验证,该方法能够有效地区分来自不同目标的测量数据。在给定测量误差的条件下,定位误差与单目标定位误差相接近。对于多相干源的跟踪问题,将多相干源定位的遍历搜索策略与传统JPDA算法相结合,通过仿真验证了该方法能够有效地进行多目标跟踪。最后通过湖试数据的处理,验证了本文提出的多相干源定位与跟踪方法的有效性和可行性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U666.7
【图文】：

水域,声呐系统,平面极坐标,位距

领域都需要对多个目标进行定位与跟踪。声呐(Soun)的名字本身就蕴含着导航与测距[1]。在声呐系统中，在一个平面极坐标系或直角坐标系中，确定一个点的位距离（时延）和方位两个参数，同时存在多个目标时还。本选题着重解决水下的多相干目标定位与跟踪技术。探测、定位与导航等水声应用中，通常需要利用海底应通过测量目标辐射声信号的到达方向(Direction ofArrivval,TOA)以及到达不同传感器的时间差(Time Difference合相关先验数据，对待处理目标进行定位解算，进而完踪。在实际的问题中，某水域内可能存在多个不同类型形式也是相当复杂的，信号的参数也可能是未知的。因位难度而言，通过多个传感器对多个目标进行定位的技某多目标跟踪系统展开，对某水域中一正方形区域内存和跟踪，如图 1.1。

示意图,定位原理,示意图,角坐标

图 2.1 DOA 定位原理示意图可以任选某传感器 Si，将其坐标视为球坐标系俯仰角 φi与方位角 θi均可直接获得，只需解算(ri,φi,θi)，实现了对目标 T 的定位。角坐标为(x,y,z)，传感器 Si的直角坐标为(xi,yiiiix = x+rcosφ cosθiiiiy = y+rcosφ sinθiiiz = z+rsinφ Si，公式(2-1)~公式(2-3)左端均为目标 T 坐标11112222x + rcos φ cosθ=x+rcosφcosθ11112222y + rcos φ sinθ=y+rcosφsinθ111222z + rsin φ =z+rsinφ 12122122sinncossinoscoscos θ θθ θ， =21rrX ， =212121zzyyxxB

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