低空目标探测雷达高速目标检测与跟踪技术研究与实现

发布时间：2017-06-09 19:19

  本文关键词：低空目标探测雷达高速目标检测与跟踪技术研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：低空目标检测与跟踪问题是目前雷达领域主要研究的课题之一,由于多径效应带来低空目标回波幅度的起伏,使得雷达目标检测性能降低,同时低空目标的强机动性会导致跟踪滤波产生发散现象。本文针对低空目标检测与跟踪时存在的问题,采用了频率分集检测方法对低空目标进行检测,在此基础上,采用一阶扩展卡尔曼滤波(Extend Kalman Filter,EKF)方法对低空高速目标进行跟踪滤波,验证了这两种方法可以提升低空目标检测性能以及跟踪滤波效果。本文针对低空目标探测雷达的低空高速目标检测与跟踪问题,主要分析了基于Keystone变换重新采样方法的频率分集检测方法对目标检测性能的提升,比较了不同跟踪滤波方法对低空高速目标的跟踪滤波性能,完成了基于低空目标探测雷达的信号处理系统FPGA实现,主要的工作包括:1、通过建立低空目标多径效应下的回波模型,分析了多径效应对回波幅度以及雷达检测性能的影响。2、采用了基于Keystone变换重新采样方法的频率分集检测方法对低空目标进行检测。该方法消除了多径效应带来的回波幅值起伏影响,利用不同通道进行目标信息积累,与单通道检测比较,该方法改善了回波信噪比,提升了检测性能。3、分别采用了α-β滤波、基于匀速运动状态模型的卡尔曼(Kalman)滤波、基于匀加速运动状态模型的Kalman滤波、一阶EKF方法对低空高速目标进行跟踪滤波。仿真了这四种滤波方式下对目标距离、速度的滤波过程,分别获得了距离、速度滤波值与真实距离、速度的均方根误差,并比较了这四种方法的性能。理论分析和仿真结果表明,一阶EKF方法性能优于其他三种方法。4、基于低空目标探测雷达项目研究背景,给出了工程上实现信号处理的具体方案,完成了包括脉冲压缩、动目标显示(Moving Target Indicator,MTI)、动目标检测(Moving Target Detection,MTD)、恒虚警率处理(Constant False Alarm Rate,CFAR)、目标距离、多普勒凝聚、目标跟踪的FPGA算法设计与实现工作。系统通过功能仿真、与分系统级联调试验证了该系统FPGA实现的逻辑正确性与可实现性。通过外场测试,可检测实际目标并进行跟踪,验证了该系统的实用性。本文通过对低空目标检测与跟踪方法的研究,总结了适用于低空目标探测雷达信号处理系统FPGA实现的目标检测与跟踪方法,并在实际工程中加以应用。
【关键词】：低空目标探测 频率分集检测 扩展卡尔曼滤波方法 FPGA实现
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.51
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究动态11-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 1.4 内容安排13-15
• 第二章 低空目标检测与跟踪理论基础15-32
• 2.1 低空目标检测理论基础15-25
• 2.1.1 信号检测理论基础15-20
• 2.1.2 目标多径效应对雷达检测性能的影响20-25
• 2.2 低空目标跟踪理论基础25-31
• 2.2.1 α-β滤波算法26-27
• 2.2.2 Kalman滤波算法27-29
• 2.2.3 EKF算法29-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 低空目标探测雷达目标检测方法32-44
• 3.1 低空目标多径模型32-35
• 3.2 基于低空目标多径模型的频率分集检测方法35-40
• 3.2.1 Keystone变换原理36-37
• 3.2.2 基于Keystone变换重新采样方法的频率分集检测方法37-40
• 3.3 仿真实验与检测性能分析40-43
• 3.3.1 对通道回波重新采样方法的仿真验证40-41
• 3.3.2 对低空目标模型进行频率分集检测的仿真验证41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 低空目标探测雷达目标跟踪方法44-58
• 4.1 低空目标探测雷达目标运动模型44-45
• 4.2 低空目标探测雷达低空高速目标的跟踪滤波方法45-50
• 4.2.1 空间极坐标下的α-β滤波方法46-47
• 4.2.2 空间极坐标下的Kalman滤波方法47-48
• 4.2.3 空间极坐标下的EKF方法48-50
• 4.3 仿真分析与性能比较50-57
• 4.3.1 α-β滤波方法仿真50-51
• 4.3.2 卡尔曼滤波方法仿真51-54
• 4.3.3 EKF方法仿真54-55
• 4.3.4 各滤波器性能比较55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 低空目标探测雷达信号处理系统FPGA算法设计58-69
• 5.1 信号处理系统构架58-59
• 5.2 信号处理系统方案论证59-68
• 5.2.1 脉冲压缩模块算法设计61-63
• 5.2.2 MTI与MTD模块算法设计63-64
• 5.2.3 CFAR处理模块算法设计64-66
• 5.2.4 距离、多普勒凝聚模块算法设计66
• 5.2.5 目标跟踪滤波模块算法设计66-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 低空目标探测雷达信号处理系统FPGA实现69-84
• 6.1 信号处理系统FPGA设计实现69-80
• 6.1.1 脉冲压缩模块FPGA实现69-71
• 6.1.2 MTI与MTD模块FPGA实现71-76
• 6.1.3 CFAR处理模块FPGA实现76-77
• 6.1.4 距离、多普勒凝聚模块FPGA实现77-79
• 6.1.5 目标跟踪滤波模块FPGA实现79-80
• 6.2 信号处理系统FPGA实现结果验证80-83
• 6.2.1 模拟航迹下，信号处理结果分析81-82
• 6.2.2 实际目标飞行轨迹下，信号处理结果分析82-83
• 6.3 本章小结83-84
• 第七章 总结与展望84-86
• 7.1 工作总结84-85
• 7.2 展望85-86
• 致谢86-87
• 参考文献87-91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 杨世海,胡卫东,万建伟,周良柱;多径反射下低空目标检测研究[J];电子与信息学报;2002年04期

  本文关键词：低空目标探测雷达高速目标检测与跟踪技术研究与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：436460