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基于交互多模型的机动目标跟踪算法研究及硬件实现

姬存慧  
【摘要】:机动目标跟踪在军事领域应用广泛,在防空反导、预警等方面都有应用。随着军事科技的不断发展,各种新武器不断出现,其机动性能越来越好,这对机动目标跟踪算法的有效性及其工程实现的实时性也提出越来越高的要求。交互多模型(Ⅰnteracting Multiple Model, IMM)算法被认为是机动目标跟踪最好的算法,但其算法复杂,计算量大,用软件实现难以满足实际工程应用中高实时性的要求,这也限制了其工程上的广泛应用。现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)支持并行运算,属于硬件实现,现在被广泛用来处理复杂数字滤波。 本文对基于交互多模型的机动目标跟踪算法及硬件实现进行了研究。首先,介绍了机动目标跟踪的原理及常用的跟踪模型,设计了IMM-DCMKF、IMM-EKF、IMM-UKF三种基于交互多模型的机动目标跟踪算法,对其进行了蒙特卡洛仿真,并对三种算法仿真结果进行了对比分析。其次,利用Scientific Workspace软件将IMM-DCMKF算法由矩阵形式分解为标量形式,采用基于块的FPGA结构设计方法,完成IMM-DCMKF算法的FPGA设计与仿真。然后,对机动目标跟踪系统硬件电路板进行了设计,分别介绍了存储器模块、电源模块、通信模块、DSP和FPGA模块的芯片选型及硬件电路设计,并对DSP与FPGA的通信接口进行了设计。根据硬件电路板对系统软件进行了设计,完成了系统主程序的设计,系统各部分初始化程序的设计,以及通信和存储程序的设计。 最后,本文在软硬件设计的基础上,对整个系统进行了调试,并对用FPGA实现IMM-DCMKF算法的实时性和正确性进行了验证。证明了用FPGA实现IMM-DCMKF算法的正确性,并且具有很高的实时性,为工程实际应用基于交互多模型算法的机动目标跟踪算法提供了一种新途径。


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