由于戰(zhàn)爭和民用領(lǐng)域的需求,目標(biāo)定位與跟蹤技術(shù)一直以來受到專家學(xué)者的重視,其中的被動定位跟蹤算法由于系統(tǒng)不發(fā)射高功率信號而是通過接收目標(biāo)輻射的信號來實現(xiàn)定位從而擁有隱蔽探測的能力,因此成為各國的研究熱點。常用的定位手段包含基于到達(dá)時間(TOA)、方位角(AOA)、多普勒頻差(FDOA)、到達(dá)時間差(TDOA)的無源定位技術(shù)。本文將主要關(guān)注點放在基于TDOA的無源定位與跟蹤算法的研究上。從定位原理、定位算法、定位精度的角度出發(fā)研究目標(biāo)定位技術(shù),著眼于目標(biāo)運動方程、系統(tǒng)觀測方程、濾波算法研究了被動跟蹤技術(shù)�；陔S機(jī)有限集的跟蹤算法是近些年多目標(biāo)跟蹤研究領(lǐng)域的新寵,其中箱粒子PHD濾波算法在某些系統(tǒng)中已經(jīng)被驗證在實現(xiàn)相同定位精度的前提下相對于粒子PHD在運算速度上有著很大的提升,本文也對此進(jìn)行了研究。具體工作如下:首先對于無源定位算法進(jìn)行了比較細(xì)致的研究,重點研究了TDOA定位原理,定位精度的影響要素和幾種定位算法例如經(jīng)典的有著解析解的CHAN算法和通過迭代運算的泰勒法、牛頓法。提出了一種變步長的修正牛頓定位算法,該算法首先從代價函數(shù)入手,將傳統(tǒng)高度不規(guī)則非凸TDOA代價函數(shù)近似化簡為一個具有規(guī)則形狀的凸函數(shù),因此可以很大程度上規(guī)避了陷入局部最優(yōu)解的情況。然后通過修正牛頓法來確定迭代方向避免了因黑森矩陣帶來傳統(tǒng)牛頓法失效的問題,最后將步長看作一個一維變量進(jìn)行尋優(yōu)改善了運算效率。然后對基于TDOA的單目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行了研究,介紹了常見的運動模型例如針對勻速運動目標(biāo)的CV模型、勻加速運動目標(biāo)的CA模型和常速率轉(zhuǎn)彎CT模型。TDOA被動跟蹤問題本質(zhì)是解決非線性濾波問題,因此本文研究了擴(kuò)展卡爾曼和粒子濾波算法。對于運動狀態(tài)在時刻改變的機(jī)動目標(biāo),本文將交互多模型理論應(yīng)用到TDOA跟蹤算法中,并且在Matlab仿真平臺上進(jìn)行了細(xì)致的仿真實驗。最后研究了箱粒子PHD濾波算法,它本質(zhì)是將區(qū)間分析應(yīng)用于粒子濾波算法中。通過研究區(qū)間分析中的運算準(zhǔn)則、包含函數(shù)、收縮算法等基礎(chǔ)原理后,提出了針對TDOA的約束函數(shù)從而實現(xiàn)運用箱粒子PHD算法解決多目標(biāo)被動跟蹤問題。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN95;TN713
【部分圖文】：

可以在一定程度上提高定位的精度。國外而言，國內(nèi)對無源定位技術(shù)研究比較滯后，20 世紀(jì) 80 面的工作，采用的方法主要是傳統(tǒng)的方位測角交匯定位技術(shù)所和高校參與到 TDOA 和 FDOA 定位的研究中，其中西安14 所、29 所、電子科技大學(xué)、中國國防科技大學(xué)等對其進(jìn)行良好的效果。 目標(biāo)跟蹤技術(shù)蹤是利用雷達(dá)、聲吶、光學(xué)傳感器等設(shè)備對感興趣的運動目程。一般而言，目標(biāo)的特征包括目標(biāo)的數(shù)目、位置、速度和性能的提升，現(xiàn)代傳感器還可以提供目標(biāo)的輪廓、朝向等更說，目標(biāo)跟蹤的實質(zhì)是解決目標(biāo)動態(tài)的不確定性和目標(biāo)量測，圖 1.1 為目標(biāo)跟蹤的基本原理[12]，其核心問題是對濾波算和量測函數(shù)是否為線性函數(shù)為依據(jù)可以把濾波問題劃分為這兩類。目標(biāo)按其狀態(tài)轉(zhuǎn)移傳感器獲得量測目標(biāo)的狀態(tài)（位置、速度）

( ) ( )2 221, 2,...,i i i ir = u S = x x + y y i =N(不失一般性，選擇1S 為主站，則目標(biāo)輻射電磁波到達(dá)主站和輔站的時間示為：,1 ,1 ,1 1 ,1( ) 2,3,...,i i i i it =t + η = r r C + ηi =N(其中，i,1t 為無源基站 TDOA 的測量值，i,1t 為目標(biāo) u 輻射的電磁波到達(dá)基1 的真實時間差，i,1η 為量測誤差，C 為光速，將公式(2-5)兩邊同時乘以C 離差方程[26]：,1 ,1 1 ,1t , 2,3...,i i i ir = C = r r + Cη i =N(公式(2-6)的含義可解釋為，目標(biāo)u到基站iS 和1S 的距離差為一常數(shù)值，(2-6)本質(zhì)上為雙曲線方程。在無量測噪聲的情況下，這一組雙曲線的交點u的位置所在，這也是 TDOA 定位也被稱為雙曲線定位的原因。當(dāng)量測噪，雙曲線產(chǎn)生畸變，往往造成這組雙曲線沒有交點，或者有多個交點[27]DOA 定位中需要解決的問題。圖 2.1 為以四基站為例的 TDOA 定位原理圖置為 [20,15]Tu =，1[0,0]TS =，2[0, 6]TS= ，3[3 3,3]TS =，4[ 3 3,3S = 噪聲標(biāo)準(zhǔn)差為10ns 。

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文21 0.5 ... 0.50.5 1 ... 0.50.5 0.5 ... 1σ = Q ，其中2σ 是 TDOA 測量誤差方差。下面給出幾種不同基站布局和不同量測誤差下的 GDOP 等高線圖。（a）Y 形布站， σ = 10ns（b）Y 形布站， σ =50ns

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本文編號：2829974