目标融合跟踪技术及性能预测研究

【摘要】： 本文研究了在非线性观测和高密度杂波环境中的目标跟踪技术及其性能预测的方法。 论文首先简要介绍了目标跟踪领域的研究内容，评述了前人的研究成果，总结了研究现状和存在的问题，阐述了研究背景和主要工作。 针对非线性观测下的目标跟踪问题，首先将二维CMKF跟踪算法推广到三维情况，然后基于正规变换技术提出了解耦的CMKF算法，得到了正规变换矩阵的解析表达式，可以方便地对算法进行理论分析。为了提高初始跟踪精度，提出了一种对CMKF以及解耦CMKF算法的滤波初值进行估计的方法。同时将正规变换技术推广应用到机动目标“当前”统计模型下的解耦问题，推导了雷达二维观测下的正规变换矩阵。最后，基于一维“稳态”滤波器的已有研究成果，提出了非线性观测下滤波器的“暂稳态”概念和实现方法，并推导了状态估计“暂稳态”误差方差的解析表达式，为非线性观测下的目标跟踪性能分析提供了理论依据。 考虑多传感器非线性观测下的融合跟踪，论文将单传感器解耦CMKF、“暂稳态”滤波器以及“暂稳态”方差分析的结论推广应用到融合跟踪中，研究了其在基本的量测融合和航迹融合算法中的应用，推导了航迹融合中互协方差的递推公式和“暂稳态”公式，为多雷达融合跟踪的稳态性能估计提供了一种新途径。 针对高密度杂波环境中的目标跟踪问题，首先分析和修正了PDA算法中误差方差的计算公式，提出了修正的PDA算法(MPDA)，它不仅提高了跟踪性能，而且使得误差方差与算法的实际误差能够很好地匹配。然后应用两种方法对其进行性能估计和预测，一是基于Riccati方程的稳态性能估计，其结果与PDA算法近似条件下得出的结论相同；二是基于HYCA方法的瞬态性能预测，不仅给出了误差方差的离线递推关系，而且得到了航迹寿命等一系列性能指标的估计值。 基于MPDA算法及其稳态性能估计的结论，在适当选择检测模型和一定假设条件下，将自适应检测门限的选择归结为一个最优化问题，通过近似拟合性能估计结论中的衰减因子，得到了最佳检测门限自适应调整的解析表达式，为检测—跟踪系统的联合优化设计提供了一种新思路。