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《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》 2004年
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预测滤波技术在光电目标跟踪中的应用研究

杨秀华  
【摘要】:预测目标的运动参数实现复合控制是提高快速捕获和精密跟踪精度的重要手段。复合控制可以提高系统的无静差度,消除速度和加速度滞后误差,使跟踪精度提高几倍至十几倍。同时可以降低由于其它扰动引起的误差。 实现复合控制必须能够获得目标运动的角速度、角加速度信号,通过预测滤波技术可以得到空中目标运动的位置及其导数,因此,预测目标的运动参数对于提高精密跟踪精度具有十分重要的意义。 通常,目标的运动状态方程在直角坐标下描述,而传感器的测量值是在极坐标下取得的,因此,光电目标运动参数的滤波属于非线性滤波。本文研究高精度光电目标运动参数的非线性滤波。 首先,根据噪声的统计特性,建立了分别基于白噪声和有色噪声的直角坐标下的光电跟踪目标状态模型和分别基于极坐标系和直角坐标系的测量模型。 针对推广Kalman滤波算法精度低,易发散的缺点,认为线性化误差是影响跟踪精度的因素之一,为此,本文提出了实际测量噪声协方差的在线估计算法,该算法简单实用,计算量小。从而很好地解决了在实际应用中,测量噪声的时变协方差矩阵无法验前已知这一难题。同时在研究中发现目标的距离与线性化误差有关,而目标的角位置的非线性与线性化误差关系较小。 提出了改进的推广Kalman滤波算法:①采用混合坐标系,在直角坐标系用相对简单的状态方程描述目标的运动特性,目标轨迹外推,协方差矩阵的传播,增益的计算均在直角坐标下进行,而目标新息(残差)计算在极坐标下进行;②增加了线性化误差补偿。将距离的非线性通过附加噪声加以补偿,距离测量误差的方差每一步被重新估计。该算法有效的减小了极坐标测量值非线性的影响,跟踪性能优于推广Kalman滤波器。 为减少改进的推广Kalman滤波器的计算量,提出了贯序滤波方法(SMEKF)。采用贯序滤波算法,可以避免直接计算矩阵的逆,因此可以大大减少计算量。同时在研究中发现如果按照俯仰、方位、距离的顺序进行测量更新,可以提高估计精度。仿真研究表明,采用贯序滤波的改进的推广Kalman滤波算法不仅可以减小计算量,而且跟踪精度也大大提高。 提出了一种针对光电机动目标的修正机动加速度方差自适应算法。状态模型
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN953

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【引证文献】
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【参考文献】
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9 李延飞;李明;吴顺君;;扇扫TWS雷达多目标跟踪中特殊问题的研究[A];第十二届全国信号处理学术年会(CCSP-2005)论文集[C];2005年
10 董文娟;王宏义;王卫华;陈曾平;;低空弱小红外目标自动检测跟踪实时信息处理机设计与实现[A];第十三届全国信号处理学术年会(CCSP-2007)论文集[C];2007年
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1 张进;王万平;吴钦章;;基于光电跟踪系统的联合Kalman滤波器算法研究[J];半导体光电;2008年04期
2 邹东明,刘栖山,陈长青,郭劲;舰载光电跟踪设备视轴稳定分析[J];兵工自动化;2003年01期
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5 王连明;机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
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1 闫砺锋;运动控制技术研究及运动控制板卡开发[D];四川大学;2001年
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6 周清平;舰船噪声包络的高阶统计量特征研究[D];西北工业大学;2004年
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10 包启亮;光电跟踪系统高精度控制技术[D];电子科技大学;2004年
【二级引证文献】
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【二级参考文献】
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9 史健芳;冯志永;何承伟;赵丹丹;;基于高阶累积量检测机动的目标跟踪算法[A];2007'中国仪器仪表与测控技术交流大会论文集(二)[C];2007年
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5 PALADIN;算法演义[N];电脑报;2003年
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7 H Q;改善照片VCD的制作效果[N];电脑报;2003年
8 南京 朱罕非;一种实用单片机多字节除法的算法[N];电子报;2004年
9 胡英;高安全行业应考虑SSL VPN算法[N];计算机世界;2007年
10 格非;不以“饭量”算“房量”[N];中国房地产报;2005年
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3 杨柏胜;被动多传感器探测目标跟踪技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
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6 唐军;目标跟踪WMSN的定位方法与动态分簇研究[D];浙江大学;2009年
7 乔向东;信息融合系统中目标跟踪技术研究[D];西安电子科技大学;2003年
8 詹建;基于无线传感器网络的协同技术研究[D];兰州大学;2007年
9 郭云飞;纯方位角目标跟踪理论与应用研究[D];浙江大学;2007年
10 林青;动态多视角下的目标跟踪理论与方法研究[D];复旦大学;2011年
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1 黄炜;小波分析在数字水印和目标跟踪的应用[D];厦门大学;2009年
2 江宝安;基于UKF滤波的单目标跟踪算法研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 蒋希帅;雷达目标跟踪滤波算法的研究[D];大连海事大学;2008年
4 季莹;基于粒子滤波的无线传感器网络目标跟踪[D];北京交通大学;2008年
5 牛少平;计算机视频监控技术研究[D];西北工业大学;2006年
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