【摘要】：預(yù)警雷達(dá)針對(duì)陸地、海洋、空中以及空間等非合作的威脅目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、態(tài)勢(shì)預(yù)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�(qiáng)雜噪背景中動(dòng)目標(biāo)監(jiān)測(cè)性能急劇降低的問(wèn)題,很多研究者對(duì)此進(jìn)行了多方面的研究。為了提高信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)增長(zhǎng)積累時(shí)間是一類常見方法,可是對(duì)于遠(yuǎn)距離高速運(yùn)動(dòng)、機(jī)動(dòng)目標(biāo),往往會(huì)出現(xiàn)距離走動(dòng)彎曲、方位散焦等問(wèn)題,使得傳統(tǒng)算法性能明顯降低。檢測(cè)前跟蹤技術(shù)(Track Before Detect,TBD)通過(guò)對(duì)多幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)處理,非常適于低SNR背景中的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)跟蹤。此外,考慮擴(kuò)展目標(biāo),需要利用擴(kuò)展目標(biāo)大部分能量進(jìn)行積累的同時(shí)識(shí)別目標(biāo),并充分挖掘信息,以便對(duì)目標(biāo)態(tài)勢(shì)進(jìn)行估判。本文緊密圍繞天基預(yù)警雷達(dá)監(jiān)測(cè)微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)遇到的一些問(wèn)題,對(duì)星載雷達(dá)目標(biāo)跟蹤模式選擇、低信噪比條件下的圖像域目標(biāo)航跡可靠起始、遞推更新的檢測(cè)跟蹤一體化處理以及鄰近岸水域艦船目標(biāo)檢測(cè)跟蹤等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。具體工作安排如下:1.由于天基預(yù)警監(jiān)視跟蹤技術(shù)涉及軌道運(yùn)動(dòng),其觀測(cè)方式存在目標(biāo)跟蹤模式的選擇問(wèn)題,論文給出兩種跟蹤模式,并從誤差傳遞特性和運(yùn)動(dòng)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(dá)跟蹤目標(biāo)所需的坐標(biāo)系,其次給出了先轉(zhuǎn)換后絕對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤和先相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)跟蹤后轉(zhuǎn)換兩種模式,再次分析了兩種模式的測(cè)量誤差傳遞特性以及狀態(tài)模型建立的難易程度;最后對(duì)兩種模式的跟蹤精度進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明,相比在測(cè)量坐標(biāo)系下先跟蹤相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)后轉(zhuǎn)換模式而言,先轉(zhuǎn)換后在慣性坐標(biāo)系下跟蹤絕對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性能獲得明顯改善。研究結(jié)果能為星載雷達(dá)對(duì)目標(biāo)跟蹤模式的選擇提供設(shè)計(jì)依據(jù)。2.針對(duì)空中高速微弱運(yùn)動(dòng)目標(biāo)航跡可靠起始問(wèn)題,提出了一種融合圖像處理及曲線擬合的多目標(biāo)航跡起始方法。在對(duì)雷達(dá)回波進(jìn)行處理獲得距離-時(shí)間圖像的基礎(chǔ)上,利用相位一致性模型檢測(cè)邊緣,結(jié)合自適應(yīng)區(qū)域生長(zhǎng)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(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。仿真結(jié)果表明:該算法即使在信噪比低至4dB時(shí),也能準(zhǔn)確起始多目標(biāo)航跡。3.結(jié)合TBD和跟蹤思想,提出基于遞推更新的檢測(cè)跟蹤一體化的兩種方法。方法一首先對(duì)有限步記憶的N幀原始數(shù)據(jù)進(jìn)行航跡起始批處理操作,得到目標(biāo)點(diǎn)跡集合;然后依據(jù)目標(biāo)軌跡狀態(tài)方程進(jìn)行各目標(biāo)軌跡狀態(tài)預(yù)測(cè),并自適應(yīng)確定下一次檢測(cè)窗的大小和位置;最后對(duì)重疊部分進(jìn)行航跡融合操作,提高航跡跟蹤精度,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)跟蹤一體化處理。方法二進(jìn)一步利用先驗(yàn)信息,對(duì)各可能方向設(shè)置不同的權(quán)重。首先針對(duì)多幀原始數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)化的航跡起始批處理操作,得到目標(biāo)點(diǎn)跡集合;然后依據(jù)實(shí)時(shí)更新的目標(biāo)軌跡狀態(tài)參數(shù)和量測(cè)誤差設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)化軌跡增強(qiáng)算子;最后結(jié)合當(dāng)前量測(cè)并使用參數(shù)化軌跡增強(qiáng)方法進(jìn)行預(yù)測(cè)跟蹤。該方法在軌跡增強(qiáng)操作時(shí)充分利用了多幀的量測(cè)和狀態(tài),具有閉環(huán)反饋特性,能夠提高檢測(cè)跟蹤準(zhǔn)確度和精度,在低信噪比條件下實(shí)現(xiàn)檢測(cè)跟蹤一體化處理。兩種方法均采用計(jì)算機(jī)仿真進(jìn)行了驗(yàn)證,相比傳統(tǒng)先檢測(cè)后跟蹤的跟蹤前檢測(cè)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(cè)前跟蹤批處理方法在實(shí)時(shí)性上更優(yōu),且在性能上近似。4.針對(duì)近岸水域廣域監(jiān)視艦船目標(biāo)檢測(cè)跟蹤問(wèn)題,首先結(jié)合模糊雜波幅度、相位的直方圖統(tǒng)計(jì)特性以及區(qū)域分割的非均勻雜波樣本挑選,進(jìn)行模糊雜波抑制,利于后續(xù)的恒虛警檢測(cè),使原本淹沒在模糊雜波中的艦船目標(biāo)能夠被檢測(cè)到;然后利用近岸水域背景圖像的特點(diǎn),提出了聯(lián)合尺度不變特征變換/陸水區(qū)域分割的配準(zhǔn)算法,對(duì)多幀不同視角的近岸水域背景圖像進(jìn)行配準(zhǔn);最后針對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)不匹配導(dǎo)致的距離走動(dòng)、方位散焦類擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤問(wèn)題,分析此類擴(kuò)展目標(biāo)的形狀參數(shù)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的緊密關(guān)系,提出一種交互形狀運(yùn)動(dòng)參數(shù)的擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤方法。計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。
【圖文】：

圖1.1空/天/地一體化的預(yù)警系統(tǒng)示意圖紫外[3]、可見光傳感器[4]，雷達(dá)[5]具備其獨(dú)特的優(yōu)感器[3]可以探測(cè)到導(dǎo)彈火焰所散發(fā)的紅外輻射信降迅速，此時(shí)彈體信號(hào)波長(zhǎng)超過(guò)紅外的檢測(cè)范圍

西安電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文圓二體運(yùn)動(dòng)的假設(shè)下，建立了衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌道和彈道目標(biāo)、海/空目標(biāo)運(yùn)動(dòng)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(biāo)系定義及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系星載雷達(dá)通常在其自身的測(cè)站坐標(biāo)系中獲取目標(biāo)的相應(yīng)測(cè)量信息，，因而需要定星站心測(cè)量坐標(biāo)系[134]。對(duì)空間軌道目標(biāo)的定位跟蹤，一般都需采用地心慣性坐（簡(jiǎn)稱地慣系）。本章需要用到的坐標(biāo)系有：地慣系，衛(wèi)星站心測(cè)量坐標(biāo)系及衛(wèi)心參考坐標(biāo)系。下面給出這些坐標(biāo)系的定義，以及各坐標(biāo)系間的坐標(biāo)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(cè)量坐標(biāo)系，s s O X Y衛(wèi)星站心參考坐標(biāo)系。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U674.7

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本文編號(hào)：2706667