基于IMM的VTS雷达目标跟踪算法研究

发布时间：2017-10-26 00:21

  本文关键词：基于IMM的VTS雷达目标跟踪算法研究

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【摘要】：目标跟踪是指对来自目标的量测值进行处理,保持对目标当前状态的估计的过程。随着科学技术的发展以及目标机动性的不断增强,传统的单模型跟踪算法已经不能满足人们的需要。交互式多模型算法(Interacting Multiple Model, IMM)弥补了单模型的不足,适应于跟踪目标状态多变的运动。雷达目标跟踪技术是船舶交通管理系统(Vessel Traffic Services, VTS)中重要的研究课题,而对船舶机动目标的跟踪是其中难点。与传统的跟踪算法相比较,IMM算法是良好的解决方案,具有重大的研究价值和现实意义。针对IMM算法中模型转移概率矩阵先验以及过程噪声固定不变的不足,根据模型概率的变化,提出了模型转移概率矩阵自适应算法和过程噪声自适应算法,对传统的IMM算法进行了改进,通过将改进后的算法与传统算法进行仿真后对比,证明了改进后的算法对船舶跟踪的精度更高。本文主要的研究内容分为以下三部分：第一部分包含本文的第1至2章的内容。该部分首先回顾了目标跟踪技术的研究和发展现状,接着对目标跟踪常用的匀速、匀加速、匀速转弯等运动模型进行概述,然后对目标跟踪中常用的卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、不敏卡尔曼滤波等跟踪滤波算法进行介绍,并对算法的特点进行分析。第二部分包含本文的第3章的内容。该部分对常见的多模型算法进行介绍。针对IMM算法中存在的不足,从模型转移概率和过程噪声两方面做出改进。最后通过仿真,将IMM算法与单模型算法进行比较,得出了IMM算法复杂运动情况下总体性能优于单模型的结论。接着,通过与传统的IMM算法进行仿真比较,结果表明改进后的IMM算法跟踪效果优于传统IMM算法。第三部分包含本文的第4章的内容。本部分介绍了VTS系统的组成、架构、功能,给出了VTS雷达回波信号处理以及轨迹跟踪的流程。针对改进后的IMM算法,在Visual Studio 2008平台上进行软件编程,实现了对VTS雷达目标的跟踪。
【关键词】：船舶交通管理系统 目标跟踪 交互式多模型 滤波
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN953
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源10
• 1.2 选题背景及国内外研究概况10-14
• 1.3 课题主要研究内容及论文结构安排14-16
• 第2章 目标跟踪的基本理论16-35
• 2.1 目标跟踪的原理16-19
• 2.1.1 状态模型与量测模型17-18
• 2.1.2 目标跟踪的坐标系选取18-19
• 2.2 目标跟踪运动模型19-26
• 2.2.1 匀速模型19-20
• 2.2.2 匀加速模型20-21
• 2.2.3 匀速转弯模型21-22
• 2.2.4 相关噪声模型22-24
• 2.2.5 当前统计模型24-26
• 2.3 目标跟踪的滤波算法26-34
• 2.3.1 卡尔曼滤波26-28
• 2.3.2 α-β滤波28-30
• 2.3.3 扩展卡尔曼滤波30-32
• 2.3.4 不敏卡尔曼滤波32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 交互式多模型跟踪算法及其改进35-64
• 3.1 多模型算法简述35-37
• 3.2 一阶广义伪贝叶斯算法37-38
• 3.3 二阶广义伪贝叶斯算法38-40
• 3.4 交互式多模型算法40-43
• 3.4.1 算法的基本原理40-43
• 3.4.2 算法的特点及参数设计43
• 3.5 交互式多模型算法的改进43-48
• 3.5.1 模型转移概率矩阵自适应调整45-47
• 3.5.2 过程噪声协方差矩阵自适应调整47-48
• 3.6 仿真研究及性能分析48-62
• 3.6.1 IMM算法仿真验证及性能分析49-58
• 3.6.2 改进后IMM算法仿真验证及性能分析58-62
• 3.7 本章小结62-64
• 第4章 基于IMM算法的跟踪模块软件设计及实现64-75
• 4.1 VTS系统概述64-65
• 4.1.1 VTS系统组成64
• 4.1.2 VTS系统功能64-65
• 4.2 雷达数据综合处理子系统65-70
• 4.2.1 模拟雷达信号数字化66
• 4.2.2 目标检测和录取66-68
• 4.2.3 目标跟踪模块68-70
• 4.3 交互式多模型算法在VTS目标跟踪中的应用70-73
• 4.3.1 VTS雷达性能70-71
• 4.3.2 目标跟踪效果显示71-73
• 4.4 本章小结73-75
• 总结与展望75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-82
• 研究生履历82

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本文编号：1096174