【摘要】：預警雷達針對陸地、海洋、空中以及空間等非合作的威脅目標進行監(jiān)測、態(tài)勢預判是非常有必要的,在軍事、民用方面都有廣泛的應(yīng)用�？墒谴嬖趶婋s噪背景中動目標監(jiān)測性能急劇降低的問題,很多研究者對此進行了多方面的研究。為了提高信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)增長積累時間是一類常見方法,可是對于遠距離高速運動、機動目標,往往會出現(xiàn)距離走動彎曲、方位散焦等問題,使得傳統(tǒng)算法性能明顯降低。檢測前跟蹤技術(shù)(Track Before Detect,TBD)通過對多幀圖像數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理,非常適于低SNR背景中的動目標檢測跟蹤。此外,考慮擴展目標,需要利用擴展目標大部分能量進行積累的同時識別目標,并充分挖掘信息,以便對目標態(tài)勢進行估判。本文緊密圍繞天基預警雷達監(jiān)測微弱運動目標時遇到的一些問題,對星載雷達目標跟蹤模式選擇、低信噪比條件下的圖像域目標航跡可靠起始、遞推更新的檢測跟蹤一體化處理以及鄰近岸水域艦船目標檢測跟蹤等關(guān)鍵問題進行了深入研究。具體工作安排如下:1.由于天基預警監(jiān)視跟蹤技術(shù)涉及軌道運動,其觀測方式存在目標跟蹤模式的選擇問題,論文給出兩種跟蹤模式,并從誤差傳遞特性和運動模型建立兩方面分析兩種跟蹤模式的優(yōu)劣。首先建立了星載雷達跟蹤目標所需的坐標系,其次給出了先轉(zhuǎn)換后絕對運動狀態(tài)跟蹤和先相對運動狀態(tài)跟蹤后轉(zhuǎn)換兩種模式,再次分析了兩種模式的測量誤差傳遞特性以及狀態(tài)模型建立的難易程度;最后對兩種模式的跟蹤精度進行了仿真實驗。仿真結(jié)果表明,相比在測量坐標系下先跟蹤相對運動狀態(tài)后轉(zhuǎn)換模式而言,先轉(zhuǎn)換后在慣性坐標系下跟蹤絕對運動狀態(tài)的性能獲得明顯改善。研究結(jié)果能為星載雷達對目標跟蹤模式的選擇提供設(shè)計依據(jù)。2.針對空中高速微弱運動目標航跡可靠起始問題,提出了一種融合圖像處理及曲線擬合的多目標航跡起始方法。在對雷達回波進行處理獲得距離-時間圖像的基礎(chǔ)上,利用相位一致性模型檢測邊緣,結(jié)合自適應(yīng)區(qū)域生長技術(shù)提取具有一致性邊緣走向的連通區(qū)域;采用clearing技術(shù)和迭代最小二乘方法估計目標運動軌跡和運動參數(shù)。仿真結(jié)果表明:該算法即使在信噪比低至4dB時,也能準確起始多目標航跡。3.結(jié)合TBD和跟蹤思想,提出基于遞推更新的檢測跟蹤一體化的兩種方法。方法一首先對有限步記憶的N幀原始數(shù)據(jù)進行航跡起始批處理操作,得到目標點跡集合;然后依據(jù)目標軌跡狀態(tài)方程進行各目標軌跡狀態(tài)預測,并自適應(yīng)確定下一次檢測窗的大小和位置;最后對重疊部分進行航跡融合操作,提高航跡跟蹤精度,實現(xiàn)檢測跟蹤一體化處理。方法二進一步利用先驗信息,對各可能方向設(shè)置不同的權(quán)重。首先針對多幀原始數(shù)據(jù)進行非參數(shù)化的航跡起始批處理操作,得到目標點跡集合;然后依據(jù)實時更新的目標軌跡狀態(tài)參數(shù)和量測誤差設(shè)計相應(yīng)的參數(shù)化軌跡增強算子;最后結(jié)合當前量測并使用參數(shù)化軌跡增強方法進行預測跟蹤。該方法在軌跡增強操作時充分利用了多幀的量測和狀態(tài),具有閉環(huán)反饋特性,能夠提高檢測跟蹤準確度和精度,在低信噪比條件下實現(xiàn)檢測跟蹤一體化處理。兩種方法均采用計算機仿真進行了驗證,相比傳統(tǒng)先檢測后跟蹤的跟蹤前檢測方法在性能上有明顯提高,穩(wěn)定跟蹤的信噪比能夠改善6dB;相比檢測前跟蹤批處理方法在實時性上更優(yōu),且在性能上近似。4.針對近岸水域廣域監(jiān)視艦船目標檢測跟蹤問題,首先結(jié)合模糊雜波幅度、相位的直方圖統(tǒng)計特性以及區(qū)域分割的非均勻雜波樣本挑選,進行模糊雜波抑制,利于后續(xù)的恒虛警檢測,使原本淹沒在模糊雜波中的艦船目標能夠被檢測到;然后利用近岸水域背景圖像的特點,提出了聯(lián)合尺度不變特征變換/陸水區(qū)域分割的配準算法,對多幀不同視角的近岸水域背景圖像進行配準;最后針對運動參數(shù)不匹配導致的距離走動、方位散焦類擴展目標跟蹤問題,分析此類擴展目標的形狀參數(shù)與運動狀態(tài)之間的緊密關(guān)系,提出一種交互形狀運動參數(shù)的擴展目標跟蹤方法。計算機仿真驗證了該算法的有效性。
【圖文】：

圖1.1空/天/地一體化的預警系統(tǒng)示意圖紫外[3]、可見光傳感器[4]，雷達[5]具備其獨特的優(yōu)感器[3]可以探測到導彈火焰所散發(fā)的紅外輻射信降迅速，此時彈體信號波長超過紅外的檢測范圍

西安電子科技大學博士學位論文圓二體運動的假設(shè)下，建立了衛(wèi)星運動軌道和彈道目標、海/空目標運動模型，續(xù)跟蹤模式章節(jié)的研究提供參考基礎(chǔ)。2.2.1 常用坐標系定義及坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系星載雷達通常在其自身的測站坐標系中獲取目標的相應(yīng)測量信息，，因而需要定星站心測量坐標系[134]。對空間軌道目標的定位跟蹤，一般都需采用地心慣性坐（簡稱地慣系）。本章需要用到的坐標系有：地慣系，衛(wèi)星站心測量坐標系及衛(wèi)心參考坐標系。下面給出這些坐標系的定義，以及各坐標系間的坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖 2.1 所示，e i i iO X Y Z 是地慣系，s m m mO X Y Z 是衛(wèi)星站心測量坐標系，s s O X Y衛(wèi)星站心參考坐標系。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.7

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本文編號：2706667