机载激光通信终端的多模型跟踪算法研究

发布时间：2017-04-01 19:12

  本文关键词：机载激光通信终端的多模型跟踪算法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机载激光通信终端的跟踪问题一直是空间激光通信领域的重点和难点。机载平台一般指搭载在飞机、无人机、高空汽球、高空飞艇和临近空间平台这类在空间进行运动的平台,这类平台机动性强、速度快、运动轨迹难以预测。因此在机载激光通信中,对机载通信终端的精确跟踪是一个非常关键的环节,跟踪的精度直接关系到机载激光通信的成败。多模型(Multiple Model,MM)算法在机载平台的跟踪中是一种很好的跟踪算法,本文的主要工作就是对多模型算法在机载激光通信终端的跟踪过程中的性能进行研究,通过对改进前后的多模型算法的跟踪性能进行仿真分析,并通过一套模拟演示实验系统对改进后的多模型算法进行验证。实验结果表明,多模型算法跟踪性能的好坏取决于其使用的模型集,模型越精确、模型集越丰富,跟踪效果就越好。首先,本文介绍了机载激光通信终端多模型跟踪算法的相关研究背景,进而在分析机载激光通信和多模型算法的国内外发展现状的基础上,对机载激光通信PAT(Pointing、Acquisition and Tracking)系统的组成和工作原理进行了分析,同时对机载激光通信中的跟踪误差进行了分析。其次,详细介绍了机载激光通信终端的相关跟踪理论,对数据预处理、卡尔曼滤波和粒子滤波、跟踪模型进行了详细的理论分析。接着对多模型算法的基本原理和基本步骤进行了介绍并进行了算法分析,同时对基于CV/CA模型的多模型算法进行了仿真分析,发现当机载激光通信平台处于强非线性状态时(左/右转弯),CV/CA模型会引起较大跟踪误差。最后,在前文理论分析和仿真的基础上提出对多模型算法进行改进,引入了适合高速高机动目标跟踪的“当前”统计模型(CS模型)和协调转弯模型(CT模型)并进行了仿真分析,同时利用机载激光通信平台的运动轨迹模拟系统对改进后的算法进行实际验证。实验结果表明,多模型算法能否有效降低跟踪误差、提高跟踪精度取决于算法使用的模型集,各个模型越能准确描述目标的运动状态且模型集越丰富,跟踪效果就越好。
【关键词】：机载平台 交互式多模型算法 模型集 卡尔曼滤波 模拟实验系统
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 引言9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的与意义10-12
• 1.3 机载激光通信的国内外发展状况12-15
• 1.3.1 国外发展状况12-14
• 1.3.2 国内发展状况14-15
• 1.4 多模型跟踪算法的国内外研究现状15-18
• 1.5 研究内容18-19
• 2 机载激光通信PAT系统简介19-24
• 2.1 PAT系统的工作流程19-20
• 2.2 PAT系统的关键技术20-21
• 2.3 机载激光通信中的跟踪误差分析21-24
• 2.3.1 图像传感器CCD误差21-22
• 2.3.2 动态跟踪滞后误差22-23
• 2.3.3 信标光光斑定位误差23-24
• 3 机载激光通信终端跟踪的相关理论24-37
• 3.1 概述24-25
• 3.2 数据预处理25-28
• 3.2.1 野点剔除25-26
• 3.2.2 数据压缩技术26-28
• 3.3 经典跟踪滤波算法28-31
• 3.3.1 卡尔曼滤波29-30
• 3.3.2 粒子滤波30-31
• 3.4 机动目标跟踪模型31-37
• 3.4.1 CV和CA模型31-32
• 3.4.2 CT模型32-33
• 3.4.3 Singer模型33-35
• 3.4.4“当前”统计模型35-37
• 4 IMM算法的基本理论及改进37-48
• 4.1 IMM算法的基本理论37-41
• 4.1.1 基本原理37-38
• 4.1.2 基本步骤38-40
• 4.1.3 算法分析40-41
• 4.2 IMM的算法特性及其适用范围41-42
• 4.2.1 IMM的算法特性41-42
• 4.2.2 IMM算法的适用范围42
• 4.3 基于IMM的目标跟踪仿真分析42-44
• 4.4 IMM算法中模型集的改进44-48
• 4.4.1 引入“当前”统计模型的IMM算法44-46
• 4.4.2 引入转弯模型的IMM算法46-48
• 5 信标光光斑的处理及多模型跟踪算法演示实验48-63
• 5.1 基于DM642的信标光检测48-57
• 5.1.1 DM642及其接48-49
• 5.1.2 信标光光斑处理过程49
• 5.1.3 质心定位算法及误差分析49-53
• 5.1.4 信标光提取和中心坐标计算53-55
• 5.1.5 算法的软件实现55-57
• 5.2 室内跟踪演示实验57-63
• 5.2.1 演示实验系统构成57-59
• 5.2.2 跟踪演示实验及分析59-63
• 6 总结与展望63-64
• 6.1 全文总结63
• 6.2 工作展望63-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 谭顺成;王国宏;王娜;贾舒宜;;改进的交互式当前统计模型算法[J];电光与控制;2011年04期

2 姜会林;刘志刚;佟首峰;刘鹏;;机载激光通信环境适应性及关键技术分析[J];红外与激光工程;2007年S1期

  本文关键词：机载激光通信终端的多模型跟踪算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：281142