水下制導(dǎo)多目標(biāo)跟蹤關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、水下制導(dǎo)多目標(biāo)跟蹤理論與方法涉及水聲工程、信號(hào)處理、現(xiàn)代控制理論及精確制導(dǎo)等領(lǐng)域，對(duì)該理論和方法的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。論文系統(tǒng)研究了基于制導(dǎo)系統(tǒng)的水下多目標(biāo)跟蹤的理論體系，給出了基于水下制導(dǎo)的多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的框架，并重點(diǎn)研究了水下多目標(biāo)跟蹤中的關(guān)鍵技術(shù)，包括水下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)建模、跟蹤濾波與預(yù)測(cè)算法、多目標(biāo)航跡關(guān)聯(lián)算法、不同坐標(biāo)系的目標(biāo)跟蹤算法、跟蹤門(mén)算法及基于不同目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的多目標(biāo)跟蹤算法等內(nèi)容。論文的主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下：

2、 1、給出了基于水下制導(dǎo)的多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的框架，提出了水下機(jī)動(dòng)目標(biāo)的自適應(yīng)高斯模型及其跟蹤算法，并從理論上對(duì)自適應(yīng)高斯模型及其跟蹤算法性能進(jìn)行了分析。研究表明：自適應(yīng)高斯模型對(duì)水下目標(biāo)機(jī)動(dòng)加速度及其方差的變化具有自適應(yīng)能力，其跟蹤算法不需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行機(jī)動(dòng)檢測(cè)，從而消除了目標(biāo)跟蹤中的時(shí)延；而且其計(jì)算量小、跟蹤精度高，對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)形式的水下目標(biāo)均具有良好的跟蹤效果。 2、研究了水下多目標(biāo)跟蹤中的濾波與預(yù)測(cè)算法，分析了離散卡爾曼濾波

3、算法的性質(zhì)和離散推廣卡爾曼濾波算法的偏差，提出了量測(cè)噪聲方差矩陣加權(quán)卡爾曼濾波算法。該算法對(duì)系統(tǒng)的模型誤差和量測(cè)誤差具有較好的適應(yīng)能力，在系統(tǒng)存在模型誤差和時(shí)變量測(cè)誤差情況下，能夠取得較高的跟蹤濾波精度。 3、研究了“最近鄰”數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法、概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法、交互式多模型概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法和聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，對(duì)聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的計(jì)算量進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明：聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法是水下環(huán)境中多目標(biāo)跟蹤的一種性能良好的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

4、算法，其缺點(diǎn)是當(dāng)所跟蹤目標(biāo)的數(shù)目或量測(cè)數(shù)目增加時(shí)，算法的計(jì)算量較大。 4、針對(duì)水下目標(biāo)運(yùn)動(dòng)相對(duì)速度低、相對(duì)加速度小、水下信道復(fù)雜、聲納信號(hào)數(shù)據(jù)率低、量測(cè)誤差大等特點(diǎn)，提出了球坐標(biāo)系下基于自適應(yīng)高斯模型的解耦水下目標(biāo)跟蹤算法。該算法在對(duì)目標(biāo)機(jī)動(dòng)特征無(wú)任何先驗(yàn)知識(shí)的條件下，能較好地適應(yīng)水下目標(biāo)的機(jī)動(dòng)，與傳統(tǒng)的球坐標(biāo)系目標(biāo)跟蹤算法相比，它對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的徑向距離、方位角及俯仰角具有良好的跟蹤性能。 5、提出了球坐標(biāo)系下加速度加權(quán)自

5、適應(yīng)水下目標(biāo)跟蹤算法和球坐標(biāo)系下基于擴(kuò)展量測(cè)的水下目標(biāo)跟蹤算法。加速度加權(quán)自適應(yīng)水下目標(biāo)跟蹤算法突出了加速度的新近信息，對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型具有在線修正作用；基于擴(kuò)展量測(cè)的水下目標(biāo)跟蹤算法在球坐標(biāo)系跟蹤系統(tǒng)中引入了目標(biāo)的徑向速度量測(cè)，不僅能夠提高目標(biāo)距離的跟蹤精度，而且也能夠提高目標(biāo)方位角和俯仰角的跟蹤精度，加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)收斂，且不需要對(duì)速度量測(cè)本身進(jìn)行線性化處理。 6、針對(duì)角度量測(cè)誤差和目標(biāo)狀態(tài)量測(cè)從球坐標(biāo)系到直角坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換誤差較

6、大的特點(diǎn)，提出了直角坐標(biāo)系下基于去偏轉(zhuǎn)換量測(cè)的水下目標(biāo)跟蹤算法和直角坐標(biāo)系下基于無(wú)偏轉(zhuǎn)換量測(cè)的水下目標(biāo)跟蹤算法。前一種算法比傳統(tǒng)的直角坐標(biāo)系下基于轉(zhuǎn)換量測(cè)的目標(biāo)跟蹤算法有更高的跟蹤精度和穩(wěn)定性，后一種算法對(duì)傳感器角度量測(cè)誤差的不同分布有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在傳感器角度量測(cè)誤差較大的情況下，仍具有較高的跟蹤精度。 7、在研究跟蹤門(mén)算法、多波束系統(tǒng)定位原理及其實(shí)現(xiàn)等的基礎(chǔ)上，提出了基于多波束系統(tǒng)的水下多目標(biāo)跟蹤算法，并以實(shí)際型號(hào)的水下制導(dǎo)

7、多波束系統(tǒng)為背景，對(duì)該算法進(jìn)行了MonteCarlo仿真。研究表明：基于多波束系統(tǒng)的水下多目標(biāo)跟蹤算法對(duì)多個(gè)目標(biāo)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有一定的跟蹤能力，但因多波束系統(tǒng)對(duì)多目標(biāo)分辨能力差和參數(shù)估計(jì)誤差大，當(dāng)多目標(biāo)在不同波束之間運(yùn)動(dòng)時(shí)，跟蹤系統(tǒng)存在較大的跟蹤誤差，同時(shí)，由于對(duì)同一波束內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)目標(biāo)難以分辨，會(huì)導(dǎo)致跟蹤系統(tǒng)在較大扇面內(nèi)丟失目標(biāo)。 8、結(jié)合高分辨目標(biāo)參數(shù)估計(jì)技術(shù)在水下制導(dǎo)系統(tǒng)中應(yīng)用的研究，提出了基于高分辨目標(biāo)參數(shù)估計(jì)的水下多