宽带雷达空间目标及目标群跟踪方法研究

发布时间：2016-12-12 13:38

  本文关键词：宽带雷达空间目标及目标群跟踪方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《北京理工大学》 2015年

宽带雷达空间目标及目标群跟踪方法研究

李春霞  

【摘要】：随着空间技术的发展，空间监视和预警能力已成为目前各国军事斗争中的核心基础。宽带雷达能够获得高距离分辨率、丰富的目标信息以及较好的杂波抑制能力，在空间目标的跟踪、识别以及制导等各个环节均发挥着重要作用，对整个空间监视系统的性能有很大影响。而目前国内的现役宽带雷达主要是测量雷达并用于目标成像，并且空间目标具有距离远、信噪比低的特点，使得高信噪比下的目标跟踪方法难以适用于空间目标的跟踪。本文着眼于解决宽带雷达空间目标及目标群跟踪问题，针对宽带雷达低信噪比下的空间目标跟踪的非线性难题，研究和设计非线性滤波器以提高空间目标跟踪精度；针对空间目标群内目标有强有弱、运动规律相同、轨道相似等特点，研究目标群跟踪方法，综合利用多个目标的信息实现空间目标群及群内弱目标的跟踪。具体研究内容和结论如下： 1，研究了空间目标跟踪的非线性成因及滤波方法。首先，基于空间目标状态空间模型，推导了空间目标最优贝叶斯滤波方法及多种次优非线性滤波方法，并从理论和仿真两方面分析了其性能。其次，针对空间目标运动和观测方程的非线性，使用曲率对空间目标运动曲线的非线性程度进行了分析，并基于随机变量间的相关系数和非线性函数的泰勒展开式，提出定量度量雷达极坐标量测与直角坐标系中目标运动状态间非线性程度的方法。结果表明空间目标运动曲线的非线性程度非常小，空间目标非线性滤波主要受雷达观测非线性的影响。而雷达观测的非线性程度随着雷达带宽的增加、雷达波束宽度的增大、信噪比的降低而增加。 2，针对空间目标跟踪的非线性问题，提出了基于正反向滤波的空间目标混合非线性滤波方法。该方法采用固定区间滑窗下的正-反-正滤波框架，在此框架下可以进行多种正向滤波算法和反向滤波算法的选择，并充分使用了目标运动和观测信息，从而降低了滤波精度对系统非线性程度和信噪比等的要求。根据空间目标跟踪的非线性分析以及不同滤波方法的特性，合理选取了空间目标混合非线性滤波方法中的正向滤波、反向滤波及正向预测算法，并推导了混合非线性滤波方法的理论精度下界PCRLB。结果表明，混合非线性滤波方法的精度远远优于正向滤波，并且混合非线性滤波的下界PCRLB优于正向滤波的。 3，在分析空间目标群运动特性的基础上，针对稀疏空间目标群，提出了贝叶斯分层滤波方法。通过对空间目标群运动特性分析可知，空间目标群内各目标除在进入外太空时的一小段时间内密集不可分，其余时间各成员逐渐分散直至各成员脱离群而单独飞行。为了尽早对空间目标进行精确跟踪以便及时识别目标，需要使用群的信息提前跟踪目标，在空间目标群分层滤波方法所阐述的顶层，通过空间目标观测的融合，提高了群中心的观测精度，以实现高精度的群中心滤波。在底层，通过空间目标群各成员相对群中心的局部运动，使用群中心辅助群内各目标的跟踪，以提高群内目标滤波精度。结果表明，使用分层滤波方法，，群中心跟踪精度高于各成员的跟踪精度，而各成员的跟踪精度远远高于单目标跟踪方法。并且，随着目标群内各成员信噪比的降低，分层滤波方法得到的空间目标滤波效果提高越明显。 4，针对空间目标群中各目标散射特性不同，存在强、弱目标，并且各目标运动规律相同、轨道相似的特点，提出了使用可以优先跟踪上的群内强目标辅助群内弱目标的跟踪方法。该方法通过引入强、弱目标之间的相对运动，将强非线性的弱目标跟踪转换为相对运动的线性跟踪。并且，空间目标相对运动是通过对群内目标的运动状态作差得到的，在很大程度上消除了目标运动建模的不精确对跟踪效果的影响。结果表明，通过本文提出的空间强目标辅助弱目标跟踪，可以大大提高弱目标跟踪精度、滤波收敛速度以及航迹跟踪正确率，并且随着弱目标信噪比的降低、强目标信噪比的增大，被辅助的弱目标跟踪效果提高越明显。

【关键词】：
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

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本文编号：210628