數(shù)據(jù)關聯(lián)是雷達數(shù)據(jù)處理的重要模塊,數(shù)據(jù)關聯(lián)算法的跟蹤精度決定了雷達報出的目標航跡的正確性。天波超視距雷達在超視距探測、反隱形、長時間遠距離預警等方面作用突出,值得深入研究。但是,天波雷達也面臨著多徑效應、低檢測率、低量測精度和虛警率過高等棘手的問題。本文為解決天波雷達的多徑效應和“三低一高”的問題,發(fā)展了天波雷達專用的多路徑數(shù)據(jù)關聯(lián)算法,并從工程應用的角度對算法做出拓展,將實際中模型失配的情況考慮在內(nèi),構建了一套較為貼近工程應用的天波雷達多路徑數(shù)據(jù)關聯(lián)系統(tǒng),并對此系統(tǒng)進行了詳細的性能分析。本文首先建立了完整的天波雷達的目標跟蹤系統(tǒng)模型,主要包括電離層模型、目標跟蹤模型與雜波模型三個部分。電離層模型通過分析多徑效應的成因,對電離層的分層效應建模,目標跟蹤模型研究了多徑傳播下的目標運動模型和系統(tǒng)量測模型。由運動模型可以得到目標的運動方程;由量測模型可以得到目標狀態(tài)與多模量測的轉(zhuǎn)換公式。在此基礎上加入均勻雜波模型從而形成完整的天波雷達目標跟蹤環(huán)境。其次,本文研究了三種具備理論優(yōu)勢和應用價值的多路徑數(shù)據(jù)關聯(lián)算法:基于概率數(shù)據(jù)互聯(lián)的MPDA算法、基于蟻群算法的MACDA算法和基于期望最大化的MPMHT算法,著重研究了各算法解決多徑效應的能力和跟蹤精度。通過理論比較與仿真分析,對比了三種多路徑數(shù)據(jù)關聯(lián)算法的優(yōu)缺點,最終給出了每種算法的適用條件,在工程應用中,應該根據(jù)實際條件綜合考慮,選出最適合的算法。然后,本文針對實際中電離層模型失配的問題,分別研究電離層不確定性下的多路徑數(shù)據(jù)關聯(lián)算法(MPCR)和自治多模型MPDA算法(AMM-MPDA),仿真數(shù)據(jù)驗證分析結(jié)果表明上述算法可以有效解決電離層高度不確定的問題,具有較好的跟蹤性能。最后,本文利用自適應漸消記憶濾波算法對數(shù)據(jù)關聯(lián)中卡爾曼濾波器的結(jié)構做出調(diào)整,改善了在實際中目標運動模型失配的問題,避免算法在模型失配的情況下出現(xiàn)誤關聯(lián)導致濾波結(jié)果發(fā)散。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TN958.93
【部分圖文】：

圖 1-1 雷達坐標下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法框圖雷達坐標系下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法優(yōu)點在于：（1）無需電離層先驗信息，無需雷達量測坐標系到目標真實狀態(tài)所在的地理坐標系的轉(zhuǎn)換；（2）算法計算量小，便于工程實現(xiàn)；雷達坐標系下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法缺點在于：（1）無法解決多徑效應，一個真實目標對應不只一條的航跡；（2）無法獲得地理坐標系下目標的真實位置；（3）各傳播模式分別關聯(lián)，檢測概率較低，失跟率較高。第三階段：上世紀 90 年代末至今，以 MPDA 為首的大量多徑數(shù)據(jù)關聯(lián)算法被提出，學者們開始集中研究在混合坐標系完成關聯(lián)與跟蹤的算法，此類算法利用電離層信息，目標狀態(tài)更新和估計是在地理坐標系下完成的，在雷達量測坐標系完成多徑關聯(lián)，提高了目標的估計精度，而且可以得到目標真實的地理信息，部分解決了天波雷達的多路徑數(shù)據(jù)關聯(lián)問題。雷達坐標下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法流程框圖[24]如圖 1-2 所示：

圖 1-2 混合坐標下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法框圖混合坐標系下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法優(yōu)點在于：（1）在地理坐標系下對目標的真實運動建立模型，建模精度較高；（2）算法最終輸出地理坐標系下目標真實航跡；（3）多路徑關聯(lián)是在雷達坐標系下完成的，綜合考慮多路徑回波信息，關聯(lián)精度較高，提高了目標的檢測概率，具有較強的航跡維持能力；（4）利用回波合并或回波競爭策略，能夠在目標跟蹤階段減少輸出目標航跡的數(shù)目。混合坐標系下數(shù)據(jù)關聯(lián)算法缺點在于多次使用坐標變換公式，算法計算量增大，且非線性坐標公式導致必須采用非線性濾波器如 UKF、EKF 等。而且坐標變換公式均依賴于精確的電離層虛高信息，這在實際中很難實現(xiàn)。因此，近年來的研究熱點都是圍繞著數(shù)據(jù)關聯(lián)算法中模型建立比較理想的情況，結(jié)合實際對模型做出擴展。例如，針對實際情況中電離層高度不確定的情況，根據(jù)不同理論背景提出了以 MPCR 為代表的一系列解決方案。

立了完整的天波雷達的目標跟蹤系統(tǒng)模型，才能進問題。該系統(tǒng)模型可分為電離層模型、目標跟蹤模要通過分析多徑效應的成因，對電離層的分層效應標運動模型和雷達系統(tǒng)量測模型兩部分[26]組成，目動過程，本文以勻速直線運動模型為主；系統(tǒng)量測測目標獲取量測的過程，跟雷達的工作方式與參考不同，目標跟蹤模型也不相同，針對天波雷達的多標系下的天波雷達多徑數(shù)據(jù)關聯(lián)算法，因此給出了模型；雜波模型主要是對監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的虛假量測的模型雷達發(fā)射的高頻電磁波經(jīng)過多層電離層的折射來進目標在同一時刻產(chǎn)生不只一個量測，這種問題被我徑效應會嚴重影響我們對目標狀態(tài)的估計。

【參考文獻】

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本文編號：2815356