基于雷達跟蹤技術(shù)的機動目標模擬及跟蹤方法.ppt

1、LOGO指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 基于雷達跟蹤技術(shù)的基于雷達跟蹤技術(shù)的機動目標模擬及跟蹤方法機動目標模擬及跟蹤方法n班級：班級：n姓名：姓名：n學(xué)號：學(xué)號：研究的背景及意義研究的背景及意義 目標跟蹤是現(xiàn)代雷達的主要研究領(lǐng)域，機動目標目標跟蹤是現(xiàn)代雷達的主要研究領(lǐng)域，機動目標是主要的研究對象，雷達仿真是主要的研究手段。系是主要的研究對象，雷達仿真是主要的研究手段。系統(tǒng)模擬技術(shù)的出現(xiàn)推動了雷達跟蹤技術(shù)的發(fā)展。用系統(tǒng)模擬技術(shù)的出現(xiàn)推動了雷達跟蹤技術(shù)的發(fā)展。用系統(tǒng)模擬技術(shù)來仿真雷達目標和環(huán)境，產(chǎn)生包含目標環(huán)統(tǒng)模擬技術(shù)來仿真雷達目標和環(huán)境，產(chǎn)生包含目標環(huán)境信息和自身信息的回波信號，可以在不具備雷達前境信息和

2、自身信息的回波信號，可以在不具備雷達前端的條件下進行各項分析調(diào)試和性能指標檢驗，大大端的條件下進行各項分析調(diào)試和性能指標檢驗，大大降低了科研人員的工作強度，具有很大的靈活性。機降低了科研人員的工作強度，具有很大的靈活性。機動目標模擬就是利用雷達系統(tǒng)模擬技術(shù)，對機動目標動目標模擬就是利用雷達系統(tǒng)模擬技術(shù)，對機動目標的工作環(huán)境、運動過程進行仿真，并將獲得的數(shù)據(jù)用的工作環(huán)境、運動過程進行仿真，并將獲得的數(shù)據(jù)用于互聯(lián)和濾波。于互聯(lián)和濾波。 近年來，世界各國紛紛投入了大量的人力、物力、財力近年來，世界各國紛紛投入了大量的人力、物力、財力從事雷達模擬研究，一些技術(shù)發(fā)達國家都普遍的使用了雷從事雷達模擬研究，

3、一些技術(shù)發(fā)達國家都普遍的使用了雷達信號模擬器。凡是以雷達作為探測手段的武器系統(tǒng)，一達信號模擬器。凡是以雷達作為探測手段的武器系統(tǒng)，一般都配有先進的雷達模擬器，以逼真的模擬威脅情景。般都配有先進的雷達模擬器，以逼真的模擬威脅情景。 目前美國己有兩百多家公司在研制模擬器，每年投資目前美國己有兩百多家公司在研制模擬器，每年投資十多個億美元。十多個億美元。 我國利用計算機和數(shù)字信號處理器我國利用計算機和數(shù)字信號處理器(DSP)相結(jié)合產(chǎn)生相結(jié)合產(chǎn)生的用于機載雷達系統(tǒng)設(shè)計、聯(lián)試、檢測和維護的目標回波的用于機載雷達系統(tǒng)設(shè)計、聯(lián)試、檢測和維護的目標回波信號模擬器，在各種類型的機載信號模擬器，在各種類型的機載P

4、D雷達聯(lián)試中普遍采用，雷達聯(lián)試中普遍采用，首先在電腦上產(chǎn)生模擬回波數(shù)據(jù)文件，然后由高速專用數(shù)首先在電腦上產(chǎn)生模擬回波數(shù)據(jù)文件，然后由高速專用數(shù)字信號處理器對數(shù)據(jù)進行綜合處理后，經(jīng)高速字信號處理器對數(shù)據(jù)進行綜合處理后，經(jīng)高速D/A變換器變換器產(chǎn)生所需雷達回波信號，達到對雷達目標及其環(huán)境實時模產(chǎn)生所需雷達回波信號，達到對雷達目標及其環(huán)境實時模擬的目的。擬的目的。國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容論文的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容u第一部分：雜波建模與仿真第一部分：雜波建模與仿真u第二部分：目標建模與仿真第二部分：目標建模與仿真 u第三部分：航跡起始與關(guān)聯(lián)第三部分：航跡起始與關(guān)聯(lián) u第四部分：航跡濾

5、波與外推第四部分：航跡濾波與外推 結(jié)束語結(jié)束語 本文主要研究了機動目標的模擬與跟蹤方法，仿真了雷達從目標檢測到目標跟蹤的全過程。本文優(yōu)點： 首先對目標場景進行了模擬，重點研究了數(shù)據(jù)互聯(lián)、跟蹤濾波這兩個部分。最后研究了機動目標的跟蹤濾波方法。通過仿真驗證，對跟蹤結(jié)果方差的比較，發(fā)現(xiàn)改善的濾波方法方差較小。本文也存在以下不足之處： 1、由于沒有精確的雷達前端參數(shù)，模型的建立相對粗糙。 2、在仿真中偶有偏差較大的情況，這可能是因為系統(tǒng)了較大的偽隨機數(shù)。致謝致謝 感感謝謝我的我的導(dǎo)師導(dǎo)師XXX、XXX，以及在，以及在座的各位老座的各位老師師。返回返回雜波建模與仿真雜波建模與仿真圖圖1-1 雜雜波示意波

6、示意圖圖圖圖1-2 雜雜波仿波仿真真示意示意圖圖 雜波的來源多種多樣，根據(jù)其電磁反射特性可以對雜波大致進行分類。雷達雜波的來源多種多樣，根據(jù)其電磁反射特性可以對雜波大致進行分類。雷達雜波主要有以下幾類：雜波主要有以下幾類：1.地面地面雜雜波波2.海海雜雜波波3.體體雜雜波。波。返回返回目標建模與仿真目標建模與仿真 雷達跟蹤的目標按運動類型可以分為三類：勻速直線運動目標、勻加速雷達跟蹤的目標按運動類型可以分為三類：勻速直線運動目標、勻加速直線運動目標以及機動目標。直線運動目標以及機動目標。圖圖2-1 勻速運動目標勻速運動目標 圖圖2-2 雜波中的勻速運動目標雜波中的勻速運動目標目標建模與仿真目標

7、建模與仿真圖圖2-3 勻加速直線運動目標勻加速直線運動目標 圖圖2-4 雜波中的勻加速直線運動目標雜波中的勻加速直線運動目標圖圖2-5 勻加速曲線運動目標勻加速曲線運動目標 圖圖2-6 雜波中的勻加速曲線運動目標雜波中的勻加速曲線運動目標目標建模與仿真目標建模與仿真目標建模與仿真目標建模與仿真圖圖2-7 轉(zhuǎn)彎機動目標轉(zhuǎn)彎機動目標 圖圖2-8 雜波中的轉(zhuǎn)彎機動目標雜波中的轉(zhuǎn)彎機動目標 返回返回航跡起始與關(guān)聯(lián)航跡起始與關(guān)聯(lián) 一套完整的多目標跟蹤算法可以分為三大部分：首先是跟蹤啟動，然后是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)及跟蹤維持，最后為跟蹤終結(jié)。 航跡起始算法分為兩大類：順序處理技術(shù)和批處理技術(shù)。順序處理技術(shù)主要包括啟發(fā)

8、式規(guī)則方法和基于邏輯的方法，適用于相對無雜波的航跡起始；批處理技術(shù)主要包括Hough變換法等，適用于強雜波環(huán)境。 圖圖3-1 最近鄰算法最近鄰算法 圖圖3-2 跟蹤標準差跟蹤標準差仿真以及性能分析 目標做勻加速運動：初始狀態(tài)如下：x0=5000；y0=25000；vx0=100；vy0=0；ax0=0.5；ay0=0.5，用不同方法進行互聯(lián)結(jié)果如下；航跡起始與關(guān)聯(lián)航跡起始與關(guān)聯(lián)航跡起始與關(guān)聯(lián)航跡起始與關(guān)聯(lián) 圖圖3-3 概率數(shù)據(jù)互聯(lián)跟蹤曲線概率數(shù)據(jù)互聯(lián)跟蹤曲線 圖圖3-4 跟蹤標準差跟蹤標準差航跡起始與關(guān)聯(lián)航跡起始與關(guān)聯(lián)圖圖3-5 改進方法跟蹤曲線改進方法跟蹤曲線 圖圖3-6 跟蹤標準差跟蹤標準

9、差航跡起始與關(guān)聯(lián)航跡起始與關(guān)聯(lián)結(jié)論： 經(jīng)多次仿真發(fā)現(xiàn)，最近鄰數(shù)據(jù)互聯(lián)方法對應(yīng)的標準差都比較大，概率數(shù)據(jù)互聯(lián)方法的性能較好，改進的互聯(lián)方法對應(yīng)的標準差最小。返回返回航跡濾波與外推航跡濾波與外推 完成數(shù)據(jù)互聯(lián)以后，就要進行目標的濾波。濾波的目的是為了對目標過去和現(xiàn)在的狀態(tài)進行平滑，同時預(yù)測目標的的位置、速度和加速度等參量，通過將互聯(lián)數(shù)據(jù)傳入濾波器來實現(xiàn)狀態(tài)的更新，并進行狀態(tài)預(yù)測。目前有常用的濾波器三種：卡爾曼濾波器和濾波器和 濾波器?？柭鼮V波器的工作原理如下面流程圖所示： 航跡濾波與外推航跡濾波與外推圖圖4-1 濾濾波流程波流程圖圖A.卡爾曼濾波為線性時變系統(tǒng)的一種線性無偏最小均方誤差估計，適合

10、于非平穩(wěn)過程，當(dāng)目標勻速運動時，卡爾曼濾波與 等效，但是在暫態(tài)過程中，或目標做隨機機動飛行時，卡爾曼濾波性能優(yōu)于 濾波器。B.卡爾曼濾波器在做出估計的同時給出估計的誤差方差，而 濾波器、 濾波器并不具備對誤差方差進行更新。C. 濾波器、 濾波器計算量相對較小，而卡爾曼濾波增益的計算量比較大，但是相對來說，卡爾曼濾波系統(tǒng)在理論上是比較完善的，不過也存在一些問題有待于改善和解決，主要有濾波的數(shù)學(xué)模型、實時處理能力和數(shù)據(jù)發(fā)散問題，且濾波模型的確定也相對困難，但這是一種非常有應(yīng)用前景的濾波方法?？柭鼮V波器與卡爾曼濾波器與 濾波器、濾波器、 濾波器的比較如下：濾波器的比較如下：航跡濾波與外推航跡濾波與

11、外推航跡濾波與外推航跡濾波與外推 從前面的介紹可以看出，目前常用濾波方法有卡爾曼濾波、 和 濾波，卡爾曼濾波最大的優(yōu)點在于跟蹤的實時性，目標運動狀態(tài)變化能有效回饋給系統(tǒng)，從而調(diào)整濾波增益，實現(xiàn)對目標的有效跟蹤，但卡爾曼濾波的性能與過程噪聲和量測噪聲的統(tǒng)計特性、初始條件等因素相關(guān)，并且在濾波過程中對未知量進行了假設(shè)，所以有可能會出現(xiàn)濾波發(fā)散。航跡濾波與外推航跡濾波與外推圖圖5-1 目標數(shù)據(jù)產(chǎn)生及局部放大圖目標數(shù)據(jù)產(chǎn)生及局部放大圖 勻速直線運動各個參量設(shè)置如下：x0=30000 20000 10000 20000 30000；y0=20000 30000 40000 50000 60000；vx0

12、=100 100 100 100 100；vy0=0 0 0 0 0；ax0=0 0 0 0 0；ay0=0 0 0 0 0；目標的量測數(shù)據(jù)通過采樣加噪聲獲得，假設(shè)雷達掃描圈數(shù)為200圈，掃描周期為2秒，機動時常數(shù)即機動頻率為0.1秒。用不同的方法得到濾波結(jié)果如下：航跡濾波與外推航跡濾波與外推圖圖5-2 濾濾波曲波曲線線及局部放大及局部放大圖圖航跡濾波與外推航跡濾波與外推圖圖5-3 不同濾波方法所得標準差不同濾波方法所得標準差航跡濾波與外推航跡濾波與外推 結(jié)論： 圖中o為 濾波，點為 濾波，+為卡爾曼濾波，經(jīng)多次實驗表明，三種方法的標準差絕大部分落在500米以內(nèi)，還有一部分落在1000米范圍內(nèi)，對于這種粗糙模型來說是可以接受的，從圖上可以看出對于勻速直線運動， 濾波性能最好， 次之，卡爾曼濾波相對性能較差，上面的仿真結(jié)果驗證了對于勻速直線運動各濾波器性能的優(yōu)越性比較。航跡濾波與外推航跡濾波與外推航跡濾波與外推航跡濾波與外推 圖圖5-4 目標模型圖目標模型圖小結(jié)：小結(jié)： 本部分本部分