【摘要】：高頻地波雷達(dá)(HFSWR,High Frequency Surface Wave Radar)是一種重要的海上艦船目標(biāo)探測(cè)手段,能夠進(jìn)行大范圍、全天候的海面監(jiān)視監(jiān)測(cè)。航跡跟蹤是目標(biāo)探測(cè)的重要過程,不僅可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)探測(cè)并剔除虛假目標(biāo),還可以利用濾波作用提高探測(cè)精度。高頻地波雷達(dá)目標(biāo)航跡跟蹤涉及航跡起始、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、航跡跟蹤濾波等多個(gè)方面,其中,航跡跟蹤濾波是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。目前,用于高頻地波雷達(dá)航跡跟蹤的濾波方法主要有Kalman濾波和α-β濾波兩種。由于地波雷達(dá)數(shù)據(jù)是在極坐標(biāo)下獲取的,直接在極坐標(biāo)下進(jìn)行目標(biāo)跟蹤可以避免復(fù)雜的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,因此本文對(duì)極坐標(biāo)下基于α-β濾波和基于Kalman濾波的高頻地波雷達(dá)目標(biāo)航跡跟蹤方法進(jìn)行研究,并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤效果的評(píng)價(jià)。文章主要工作如下:(1)為了開展航跡跟蹤仿真實(shí)驗(yàn),提出一種極坐標(biāo)下的高頻地波雷達(dá)航跡模擬模型;針對(duì)作為實(shí)測(cè)地波雷達(dá)數(shù)據(jù)跟蹤結(jié)果評(píng)價(jià)手段的AIS(Automatic Identification System)數(shù)據(jù)與地波雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)、空不一致問題,對(duì)AIS數(shù)據(jù)進(jìn)行了插值處理,得到了時(shí)空匹配的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù);針對(duì)航跡跟蹤整體流程中的不同環(huán)節(jié),選取了對(duì)應(yīng)的方法。(2)針對(duì)α-β濾波在不同雷達(dá)數(shù)據(jù)航跡跟蹤處理中,恒定濾波系數(shù)不具有普適性的問題,本文提出了一種自適應(yīng)α-β濾波方法。該方法分別利用速度誤差、距離誤差和角度誤差三個(gè)參量建立了各參量濾波系數(shù)的函數(shù)模型,實(shí)現(xiàn)了各個(gè)參量濾波系數(shù)的自適應(yīng)獲取,并結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中高頻地波雷達(dá)測(cè)速精度高、測(cè)角精度差的特點(diǎn),分配了三個(gè)參量濾波系數(shù)確定的優(yōu)先級(jí)。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果和與AIS信息對(duì)比的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果均表明,本文方法運(yùn)算時(shí)間短、航跡跟蹤精度高,且能夠跟蹤雷達(dá)遠(yuǎn)端航跡。(3)極坐標(biāo)下Kalman濾波增益的確定需利用量測(cè)噪聲方差,在實(shí)際航跡跟蹤中噪聲方差不易得到,為此本文提出一種噪聲確定方法。該方法利用目標(biāo)濾波值和測(cè)量值來(lái)近似求取噪聲方差,使每個(gè)具體的測(cè)量時(shí)刻都具有更加精確的噪聲方差值,在此基礎(chǔ)上求取更加準(zhǔn)確的濾波增益值,最終獲得更好的跟蹤結(jié)果。仿真實(shí)驗(yàn)和與AIS信息對(duì)比的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果都表明,本文方法能夠得到精度更高的航跡結(jié)果,而且能夠較好地跟蹤到遠(yuǎn)端航跡。最后比較了自適應(yīng)α-β濾波和Kalman濾波的航跡跟蹤性能,結(jié)果表明,前者優(yōu)勢(shì)在于時(shí)間資源消耗小,后者優(yōu)勢(shì)在于跟蹤精度高,在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)對(duì)運(yùn)算速度的要求高還是對(duì)跟蹤精度的要求高來(lái)選擇采用哪種濾波方法。
[Abstract]:High frequency ground wave radar (HFSWR,High Frequency Surface Wave Radar) is an important method for marine ship target detection. Track tracking is an important process of target detection. It can not only realize continuous detection and eliminate false targets, but also improve the detection accuracy by using filter function. High frequency ground wave radar target track tracking involves many aspects, such as track initiation, data association, track tracking filtering and so on, among which, track tracking filtering is an important part. At present, Kalman filter and 偽-尾 filter are two main filtering methods for track tracking of HF ground wave radar. Since the ground wave radar data is acquired in polar coordinates, tracking targets directly in polar coordinates can avoid complex coordinate conversion. Therefore, in this paper, the tracking method of high frequency ground wave radar based on 偽-尾 filter and Kalman filter in polar coordinates is studied, and the tracking effect is evaluated based on the measured data. The main work of this paper is as follows: (1) in order to carry out the track tracking simulation experiment, a high-frequency ground wave radar track simulation model under polar coordinates is proposed; In order to solve the problem of spatial inconsistency between AIS (Automatic Identification System) data and ground wave radar data, the AIS data are interpolated, and the spatio-temporal matching evaluation data are obtained. According to the different links in the whole process of track tracking, the corresponding methods are selected. (2) the constant filtering coefficient is not universal in different radar data track tracking processing. In this paper, an adaptive 偽-尾 filtering method is proposed. In this method, three parameters, velocity error, distance error and angle error, are used to establish the functional model of the filtering coefficients of each parameter, and the adaptive acquisition of the filtering coefficients of each parameter is realized. Combined with the characteristics of high frequency ground wave radar velocity measurement accuracy and poor angle measurement accuracy in the measured data, the priority of three parameter filtering coefficients is assigned. Both the simulation results and the data processing results compared with the AIS information show that the proposed method has the advantages of short operation time and high track tracking accuracy. And can track the far end track of radar. (3) the determination of Kalman filter gain in polar coordinates needs to use measurement noise variance which is difficult to get in the actual track tracking. Therefore a noise determination method is proposed in this paper. The method uses the target filter value and the measurement value to approximate the noise variance, so that each specific measurement time has a more accurate noise variance value, and based on this, a more accurate filter gain value is obtained. Finally, better tracking results are obtained. The simulation results and the actual data processing results compared with AIS information show that the proposed method can obtain more accurate track results and can track the far end track better. Finally, the track tracking performance of adaptive 偽-尾 filter and Kalman filter is compared. The results show that the former has the advantage of less time and resource consumption, and the latter has the advantage of high tracking accuracy. In practical application, we can choose which filtering method to adopt according to the high requirement of operation speed or the high requirement of tracking precision.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TN953

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本文編號(hào)：2331481