基于雷达跟踪技术的机动目标模拟及跟踪方法.ppt

航迹滤波与外推 从前面的介绍可以看出，目前常用滤波方法 有卡尔曼滤波、 和 滤波，卡尔曼滤波最 大的优点在于跟踪的实时性，目标运动状态变化 能有效回馈给系统，从而调整滤波增益，实现对 目标的有效跟踪，但卡尔曼滤波的性能与过程噪 声和量测噪声的统计特性、初始条件等因素相关， 并且在滤波过程中对未知量进行了假设，所以有 可能会出现滤波发散。
图3-5
改进方法跟踪曲线
图3-6
跟踪标准差
航迹起始与关联
结论： 经多次仿真发现，最近邻数据互联方法对应 的标准差都比较大，概率数据互联方法的性能较好， 改进的互联方法对应的标准差最小。
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航迹滤波与外推
完成数据互联以后，就要进行目标的滤波。滤波的目的 是为了对目标过去和现在的状态进行平滑，同时预测目标的 的位置、速度和加速度等参量，通过将互联数据传入滤波器 来实现状态的更新，并进行状态预测。目前有常用的滤波器 三种：卡尔曼滤波器和 滤波器和 滤波器。
A.卡尔曼滤波为线性时变系统的一种线性无偏最小均方误 差估计，适合于非平稳过程，当目标匀速运动时，卡尔曼 滤波与 等效，但是在暂态过程中，或目标做随机机动 飞行时，卡尔曼滤波性能优于 滤波器。 B.卡尔曼滤波器在做出估计的同时给出估计的误差方差， 而 滤波器、 滤波器并不具备对误差方差进行更新。 C. 滤波器、 滤波器计算量相对较小，而卡尔曼滤 波增益的计算量比较大，但是相对来说，卡尔曼滤波系统 在理论上是比较完善的，不过也存在一些问题有待于改善 和解决，主要有滤波的数学模型、实时处理能力和数据发 散问题，且滤波模型的确定也相对困难，但这是一种非常 有应用前景的滤波方法。
航迹滤波与外推
匀速直线运动各个参量设置如下：x0=[30000 20000 10000 20000 30000]；y0=[20000 30000 40000 50000 60000]；vx0=[100 100 100 100 100]；vy0=[0 0 0 0 0]；ax0=[0 0 0 0 0]； ay0=[0 0 0 0 0]；目标的量测数据通过采样加噪声获得，假设雷达扫描圈数为200圈，扫 描周期为2秒，机动时常数即机动频率为0.1秒。用不同的方法得到滤波结果如下：
国内外发展现状
近年来，世界各国纷纷投入了大量的人力、物力、财力 从事雷达模拟研究，一些技术发达国家都普遍的使用了雷 达信号模拟器。凡是以雷达作为探测手段的武器系统，一 般都配有先进的雷达模拟器，以逼真的模拟威胁情景。 目前美国己有两百多家公司在研制模拟器，每年投资 十多个亿美元。 我国利用计算机和数字信号处理器(DSP)相结合产生 的用于机载雷达系统设计、联试、检测和维护的目标回波 信号模拟器，在各种类型的机载PD雷达联试中普遍采用， 首先在电脑上产生模拟回波数据文件，然后由高速专用数 字信号处理器对数据进行综合处理后，经高速D/A变换器 产生所需雷达回波信号，达到对雷达目标及其环境实时模 拟的目的。
航迹滤波与外推
小结：
本部分研究了目标跟踪常用的 滤波方法，各种滤波方法都有一定 的适用范围，都是针对某种特定的 目标类型性能较好，针对这个局限 性，提出了改善的方法，根据目标 状态的变化实时调整滤波方法，经 仿真验证具有较好的性能。
图5-4
目标模型图
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雷达物位计 http://www.wuweiji.cn
基于雷达跟踪技术的 机动目标模拟及跟踪方法
指导教师：

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研究的背景及意义
目标跟踪是现代雷达的主要研究领域，机动目标 是主要的研究对象，雷达仿真是主要的研究手段。系 统模拟技术的出现推动了雷达跟踪技术的发展。用系 统模拟技术来仿真雷达目标和环境，产生包含目标环 境信息和自身信息的回波信号，可以在不具备雷达前 端的条件下进行各项分析调试和性能指标检验，大大 降低了科研人员的工作强度，具有很大的灵活性。机 动目标模拟就是利用雷达系统模拟技术，对机动目标 的工作环境、运动过程进行仿真，并将获得的数据用 于互联和滤波。
图5-1
目标数据产生及局部放大图
航迹滤波与外推
图5-2
滤波曲线及局部放大图
航迹滤波与外推
航迹滤波与外推
图5-3 不同滤波方法所得标准差
航迹滤波与外推 结论：
图中o为 滤波，点为 滤波，+为 卡尔曼滤波，经多次实验表明，三种方法的标 准差绝大部分落在500米以内，还有一部分落 在1000米范围内，对于这种粗糙模型来说是可 以接受的，从图上可以看出对于匀速直线运动， 滤波性能最好， 次之，卡尔曼滤波相 对性能较差，上面的仿真结果验证了对于匀速 直线运动各滤波器性能的优越性比较。
致谢
感谢我的导师XXX、XXX，以及在 座的各位老师。
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杂波建模与仿真
杂波的来源多种多样，根据其电磁反射特性可以对杂波大致进行分类。雷达 杂波主要有以下几类：1.地面杂波2.海杂波3.体杂波。
图1-1 杂波示意图
图1-2 杂波仿真示意图
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目标建模与仿真
雷达跟踪的目标按运动类型可以分为三类：匀速直线运动目标、匀加速 直线运动目标以及机动目标。
图2-1
匀速运动目标
图2-2 杂波中的匀速运动目标
目标建模与仿真
图2-3 匀加速直线运动目标
图2-4 杂波中的匀加速直线运动目标
目标建模与仿真
图2-5 匀加速曲线运动目标
图2-6 杂波中的匀加速曲线运动目标
目标建模与仿真
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图2-7
转弯机动目标
图2-8 杂波中的转弯机动目标
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航迹起始与关联
一套完整的多目标跟踪算法可以分为三大部分：首 先是跟踪启动，然后是数据关联及跟踪维持，最后为跟 踪终结。 航迹起始算法分为两大类：顺序处理技术和批处理技 术。顺序处理技术主要包括启发式规则方法和基于逻辑的 方法，适用于相对无杂波的航迹起始；批处理技术主要包 括Hough变换法等，适用于强杂波环境。
论文的结构和主要内容
第一部分：杂波建模与仿真 第二部分：目标建模与仿真 第三部分：航迹起始与关联 第四部分：航迹滤波与外推
结束语
本文主要研究了机动目标的模拟与跟踪 方法，仿真了雷达从目标检测到目标跟踪的 全过程。
本文优点： 首先对目标场景进行了模拟，重点研究了数据互联、跟踪 滤波这两个部分。最后研究了机动目标的跟踪滤波方法。通 过仿真验证，对跟踪结果方差的比较，发现改善的滤波方法 方差较小。 本文也存在以下不足之处： 1、由于没有精确的雷达前端参数，模型的建立相对粗糙。 2、在仿真中偶有偏差较大的情况，这可能是因为系统了较 大的伪随机数。
航迹起始与关联
仿真以及性能分析 ：
目标做匀加速运动：初始状态如下：x0=5000；y0=25000；vx0=100；vy0=0； ax0=0.5；ay0=0.5，用不同方法进行互联结果如下；
图3-1
最近邻算法
图3-2
跟踪标准差
航迹起始与关联
图3-3 概率数据互联跟踪曲线
图3-4
跟踪标准差
航迹起始与关联
航迹滤波与外推
卡尔曼滤波器的工作原理如下面流程图所示：
初始状态估计 k时刻的状态估计 初始协方差 K时刻的状态估计协方差
状态的 一步预测 状态方程 量测预测
协方差的一步预测
新息协方差
量测方程
新息
滤波增益
状态更新
协方差更新方程
图4-1
滤波流程图
航迹滤波与外推
卡尔曼滤波器与 滤波器、 滤波器的比较如下：