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《哈尔滨工业大学》 2008年
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高频地波雷达舰船目标跟踪关键技术研究

王健  
【摘要】: 由于高频地波雷达具有探测距离远,探测范围大等优良特点,在一些领域有着重要的应用;然而其可能会随着目标自身特性或环境背景差异而出现探测概率低、角探测精度低等不足,给目标跟踪带来很大困难。本文面向高频地波雷达跟踪舰船目标要求,提出或改进了数据处理关键问题若干方法,复杂背景下远端舰船目标的航迹起始与跟踪与是本文研究的重点。 本文首先介绍了雷达目标跟踪中进行状态估计所需要的基本知识。介绍了目标跟踪中经典的卡尔曼滤波器原理、算法步骤;并分析了传统的非线性问题的滤波方法——扩展卡尔曼滤波,它将非线性问题线性化的近似性方法,从而使卡尔曼滤波应用于非线性领域中,本文指出了这种方法的优点与不足。目标机动时,交互多模型滤波方法是最常用的方法之一,本文介绍了这种方法的原理并提出了新的多模型间转移概率的选取方式,改进了算法性能。 地波超视距雷达数据处理过程中,由于远端目标角精度低所引起的切向距离误差更大,导致其航迹的形成往往比较困难。而且,针对远端目标相对较低的探测概率也使数据率变低,增加了航迹起始的不确定性。针对上述问题,基于信息论中的信息熵概念,利用目标探测角度误差与距离误差不相关的特性,本文提出了一种基于信息熵理论的远端航迹起始方法,通过考察目标点迹径向信息(距离、径向速度)与切向信息(角度),将远端航迹起始过程转化成一个从较大信息熵过渡到较小信息熵的过程。并基于贝叶斯估计的理论,引入了信息熵在航迹起始时的计算方法,讨论了信息熵理论框架下暂时航迹、确认航迹、假航迹的确认方法,最后分别通过仿真数据与实际数据验证了这种方法的有效性。 地波超视距雷达的量测方程是非线性的,而且其运动方式有时也存在非线性特征。传统的解决非线性滤波思路是对非线性方程进行线性化近似,但这种近似势必带来线性化误差,而误差的积累会使滤波器性能下降,甚至导致其发散;解决此问题的一种替代思想是根据当前状态值进行采样,采样出的“粒子”可以代替当前状态的分布状况,而采样方式可以分成两类:以无味滤波为代表的确定性采样方式和以粒子滤波为代表的随机采样方式。 无味滤波(UF)为解决非线性问题提供了一种新的思路;首先介绍了无味滤波的原理——无味变换思想,阐述了无味滤波算法步骤;通过与其与扩展卡尔曼滤波对比,证明与扩展卡尔曼滤波相比,无味滤波在计算量上变化不大,而在性能上有较大优势。 粒子滤波(PF)技术通过非参数化的蒙特卡罗模拟方法实现递推贝叶斯滤波,适用于非线性目标运动模型、非高斯噪声背景下的目标跟踪。它的本质是通过寻找一组在状态空间中传播的随机样本对概率密度函数进行近似,因此其初始化精度对滤波效果有较大影响。针对其在应用于雷达目标跟踪时的粒子初始化问题,本文提出了基于竞争机制的粒子初始化方法,根据初始阶段有效粒子数原理选择准确度高的粒子,从而改善其滤波效果。粒子滤波最大的困难是粒子退化,现有两种类型的方法以改善粒子退化问题:优化重要密度函数,重采样;然而它们在使用范围与计算量等方面还有待改善。针对这一情况,本文提出了一种新算法:一步采样粒子滤波方法,该方法与重采样方法出发点相同——即利用新的采样方法改善退化现象,不同点在于:这种方法完全摒弃了“一群粒子在空间中传播”的思维模式,通过滤波均值与方差产生粒子,本方法在计算量与滤波效果方面均优于重采样方法。 概率数据互联(PDA)算法是解决目标数据关联的最常用的方法之一,属于贝叶斯的滤波算法。最优的贝叶斯方法需要对当前时刻以前的所有确认量测集合进行研究,并给出每一个量测序列的概率;而PDA只对最新的确认量测集合进行研究,因此是次优的贝叶斯方法。实验证明:与次优的贝叶斯方法相比,最优贝叶斯方法性能更为优越,但计算量也大得多,很难工程化实现。为在计算量容许的情况下进一步提高PDA算法的性能,本文将历史统计得到的目标速度、航向信息引入PDA算法过程中,仿真实验证明新方法可有效提高数据关联精度和可靠性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TN959

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 宗华;双基地高频雷达数据处理NFE技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 严中华;机载SAR与ESM信息融合技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 文斌;双基地高频雷达航迹融合方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 王瑶;车载火控系统转塔控制算法的研究与实现[D];沈阳航空航天大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 王钤;张云龙;王伟;严发宝;;基于多传感器的航迹自动判别算法[J];兵工自动化;2010年05期
9 朱华勇;卜彦龙;沈林成;;单通道防空导弹电子稳像过程中的噪声分析及处理[J];兵工自动化;2010年08期
10 宋朝河;戎皓;;侦察装备的可靠性概率模型及其应用[J];兵工自动化;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曾宪伟;方洋旺;伍友利;王洪强;刘加丛;;一种新的最优制导律[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 陈晨;陈杰;张娟;;网络化控制系统及其在火控系统中的应用研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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4 张应博;秦钟;王法胜;;神经网络训练中的粒子滤波算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 茹琦;彭志红;张娟;陈逊;;基于SB/MHT的多目标视频跟踪的研究[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
6 ;Rao-Blackwellized Particle Filtering for Fault Detection and Diagnosis[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
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8 周开军;余伶俐;;基于粒子滤波器的故障预测方法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
9 王亚楠;陈杰;甘明刚;;基于差分进化的改进粒子滤波目标跟踪算法[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
10 杨晓东;向凤红;毛剑琳;郭宁;;改进粒子滤波算法在二元无线传感器网络目标跟踪的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔梁;信源定位的可观测性及跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 蒋鼎国;无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究[D];江南大学;2010年
8 刘美;WSN多目标跟踪节点任务分配及跟踪算法研究[D];华南理工大学;2010年
9 邓晓波;杂波中的弱小目标检测与跟踪研究[D];电子科技大学;2010年
10 陈鹏;目标跟踪与背景减除算法研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨毅;FMCW雷达高度表数字信号处理技术研究[D];中国工程物理研究院;2009年
2 焉杰;多传感器时滞系统信息融合及其仿真[D];山东科技大学;2010年
3 李光;基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现[D];浙江理工大学;2010年
4 张西雅;基于信息融合的汽车防追尾避撞目标识别研究[D];郑州大学;2010年
5 冯卫娜;非线性系统参数和状态联合估计新算法研究[D];郑州大学;2010年
6 陈艳;基于高斯粒子滤波的水下目标跟踪技术[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 李东起;基于VxWorks的水下目标探测跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 魏纪锋;基于Jerk模型的高机动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 孙柏虹;基于MEMS的捷联航姿系统初始对准技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 包玉刚;视频图像中的运动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘铁男,张航,冯兆冰,王国忠;一种新型神经模糊系统及其通用逼近性[J];大庆石油学院学报;2003年03期
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10 邹麟;吕明;;基于运动学参数的高速高机动目标跟踪自适应IMM算法[J];火控雷达技术;2007年03期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 种劲松;合成孔径雷达图像舰船目标检测算法与应用研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2002年
2 张池平;多传感器信息融合方法及其在空间目标识别中的应用[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 汤立波;高分辨率机载SAR地面/海面运动目标成像技术研究[D];中国科学院研究生院(电子学研究所);2006年
4 徐洪奎;近程多基地雷达探测系统中快速跟踪方法研究[D];中国科学技术大学;2007年
5 李雷;高频雷达自适应抗干扰技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 梁军;粒子滤波算法及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 宗华;双基地高频雷达数据处理NFE技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 曹淑霞;一类信息融合NFE模型逼近通用性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 高恩克;目标跟踪的算法研究[D];西安电子科技大学;2007年
3 于翔川;基于非线性滤波的目标跟踪算法研究[D];西安电子科技大学;2009年
4 陆晶莹;高速高机动目标IMM跟踪算法研究[D];南京理工大学;2010年
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【二级引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 仇永斌;双基地高频地波雷达海杂波特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 曹淑霞;一类信息融合NFE模型逼近通用性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 付天骄;复杂环境下雷达数据融合方法与工程实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
3 文斌;双基地高频雷达航迹融合方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 董志荣;;多目标密集环境下航迹处理问题及集合论描述法[J];火控技术;1981年02期
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈鸣;超视距雷达数据处理技术研究[D];西北工业大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李健巍,权太范;高频地波雷达多普勒信号的AR预测恢复[J];雷达与对抗;1998年04期
2 高火涛,柯亨玉,吴世才,杨子杰,侯杰昌;高频地波雷达探测距离的预估及分析[J];现代雷达;1999年05期
3 高火涛,柯亨玉,杨子杰,吴世才,候杰昌;高效紧凑的高频地波雷达天线阵列设计[J];电子学报;2002年06期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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6 敖振浪;何艳丽;周武;;高频地波雷达探测海面风场对比试验及误差分析[A];2010中国仪器仪表与测控技术大会论文集[C];2010年
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10 桂任舟;杨子杰;田建生;;基于虚拟仪器技术的高频地波雷达系统中频谱监测插件的实现[A];中国仪器仪表学会2005年学术年会测控技术与节能环保学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 章徼 记者 叶晨阳;全省首个高频地波雷达落户温岭[N];台州日报;2011年
2 记者 袁雪梅 实习生 刘白柳 通讯员 彭昌清;高频地波雷达项目签约宜昌[N];三峡日报;2008年
3 龚向前;高频地波雷达研制成功[N];中国测绘报;2001年
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5 龚向前 刘志伟;武汉大学研制出高频地波雷达[N];科技日报;2001年
6 本报记者 刘志伟;为广袤的海疆装上千里眼[N];科技日报;2005年
7 张建良;七二四所研制出新一代数字化雷达[N];中国船舶报;2008年
8 ;海洋科技飞跃发展[N];中国海洋报;2004年
9 记者 贾西平;我海洋高科技实现跨越式发展[N];人民日报;2000年
10 记者 胡毓;海洋技术新成果广受青睐[N];中国船舶报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李伦;高频地波雷达海洋动力学参数反演与应用方法研究[D];武汉大学;2013年
2 黄晓静;多频高频地波雷达目标检测与跟踪技术研究[D];武汉大学;2010年
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4 龙超;高频地波雷达阵列优化与校正算法研究[D];武汉大学;2012年
5 仇永斌;双基地高频地波雷达海杂波特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
6 张雅斌;高频地波雷达干扰与海杂波信号处理研究[D];西安电子科技大学;2010年
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9 李雷;高频雷达自适应抗干扰技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 朱大勇;高频地波雷达在近海区域的应用研究[D];厦门大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 韩瑞斌;高频地波雷达中自适应波束形成算法的研究与实现[D];哈尔滨工业大学;2011年
2 李雪;基于实际环境的高频地波雷达威力范围预估[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 孙孟彤;高频地波雷达电离层杂波干扰特性研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
4 陈卫卫;双基高频地波雷达最佳工作频率协同控制研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
5 徐春光;舰载高频地波雷达海洋溢油污染漂流带监测[D];哈尔滨工业大学;2013年
6 曹林;基于宽带信号的高频地波雷达探测船舰目标的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 王佳彬;高频地波雷达飞行目标高度估计的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 陈文涛;某雷达性能评估与系统优化控制的研究与建模[D];哈尔滨工业大学;2013年
9 陈子栋;多载舰高频地波雷达目标回波及杂波特性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
10 张文敏;高频段电离层特性及雷达综合频率选择方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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