由于戰(zhàn)爭(zhēng)和民用領(lǐng)域的需求,目標(biāo)定位與跟蹤技術(shù)一直以來(lái)受到專(zhuān)家學(xué)者的重視,其中的被動(dòng)定位跟蹤算法由于系統(tǒng)不發(fā)射高功率信號(hào)而是通過(guò)接收目標(biāo)輻射的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)定位從而擁有隱蔽探測(cè)的能力,因此成為各國(guó)的研究熱點(diǎn)。常用的定位手段包含基于到達(dá)時(shí)間(TOA)、方位角(AOA)、多普勒頻差(FDOA)、到達(dá)時(shí)間差(TDOA)的無(wú)源定位技術(shù)。本文將主要關(guān)注點(diǎn)放在基于TDOA的無(wú)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(yùn)動(dòng)方程、系統(tǒng)觀測(cè)方程、濾波算法研究了被動(dòng)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(yàn)證在實(shí)現(xiàn)相同定位精度的前提下相對(duì)于粒子PHD在運(yùn)算速度上有著很大的提升,本文也對(duì)此進(jìn)行了研究。具體工作如下:首先對(duì)于無(wú)源定位算法進(jìn)行了比較細(xì)致的研究,重點(diǎn)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(guò)迭代運(yùn)算的泰勒法、牛頓法。提出了一種變步長(zhǎng)的修正牛頓定位算法,該算法首先從代價(jià)函數(shù)入手,將傳統(tǒng)高度不規(guī)則非凸TDOA代價(jià)函數(shù)近似化簡(jiǎn)為一個(gè)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(guò)修正牛頓法來(lái)確定迭代方向避免了因黑森矩陣帶來(lái)傳統(tǒng)牛頓法失效的問(wèn)題,最后將步長(zhǎng)看作一個(gè)一維變量進(jìn)行尋優(yōu)改善了運(yùn)算效率。然后對(duì)基于TDOA的單目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行了研究,介紹了常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)模型例如針對(duì)勻速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的CV模型、勻加速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的CA模型和常速率轉(zhuǎn)彎CT模型。TDOA被動(dòng)跟蹤問(wèn)題本質(zhì)是解決非線(xiàn)性濾波問(wèn)題,因此本文研究了擴(kuò)展卡爾曼和粒子濾波算法。對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在時(shí)刻改變的機(jī)動(dòng)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(tái)上進(jìn)行了細(xì)致的仿真實(shí)驗(yàn)。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(guò)研究區(qū)間分析中的運(yùn)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(duì)TDOA的約束函數(shù)從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)用箱粒子PHD算法解決多目標(biāo)被動(dòng)跟蹤問(wèn)題。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN95;TN713
【部分圖文】：

可以在一定程度上提高定位的精度。國(guó)外而言，國(guó)內(nèi)對(duì)無(wú)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(cè)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(guó)國(guó)防科技大學(xué)等對(duì)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(duì)感興趣的運(yùn)動(dòng)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(shuō)，目標(biāo)跟蹤的實(shí)質(zhì)是解決目標(biāo)動(dòng)態(tài)的不確定性和目標(biāo)量測(cè)，圖 1.1 為目標(biāo)跟蹤的基本原理[12]，其核心問(wèn)題是對(duì)濾波算和量測(cè)函數(shù)是否為線(xiàn)性函數(shù)為依據(jù)可以把濾波問(wèn)題劃分為這兩類(lèi)。目標(biāo)按其狀態(tài)轉(zhuǎn)移傳感器獲得量測(cè)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(shí)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(wú)源基站 TDOA 的測(cè)量值，i,1t 為目標(biāo) u 輻射的電磁波到達(dá)基1 的真實(shí)時(shí)間差，i,1η 為量測(cè)誤差，C 為光速，將公式(2-5)兩邊同時(shí)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(xiàn)方程。在無(wú)量測(cè)噪聲的情況下，這一組雙曲線(xiàn)的交點(diǎn)u的位置所在，這也是 TDOA 定位也被稱(chēng)為雙曲線(xiàn)定位的原因。當(dāng)量測(cè)噪，雙曲線(xiàn)產(chǎn)生畸變，往往造成這組雙曲線(xiàn)沒(méi)有交點(diǎn)，或者有多個(gè)交點(diǎn)[27]DOA 定位中需要解決的問(wèn)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(cè)量誤差方差。下面給出幾種不同基站布局和不同量測(cè)誤差下的 GDOP 等高線(xiàn)圖。（a）Y 形布站， σ = 10ns（b）Y 形布站， σ =50ns

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本文編號(hào)：2829974