數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的重要模塊,數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的跟蹤精度決定了雷達(dá)報(bào)出的目標(biāo)航跡的正確性。天波超視距雷達(dá)在超視距探測(cè)、反隱形、長時(shí)間遠(yuǎn)距離預(yù)警等方面作用突出,值得深入研究。但是,天波雷達(dá)也面臨著多徑效應(yīng)、低檢測(cè)率、低量測(cè)精度和虛警率過高等棘手的問題。本文為解決天波雷達(dá)的多徑效應(yīng)和“三低一高”的問題,發(fā)展了天波雷達(dá)專用的多路徑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法,并從工程應(yīng)用的角度對(duì)算法做出拓展,將實(shí)際中模型失配的情況考慮在內(nèi),構(gòu)建了一套較為貼近工程應(yīng)用的天波雷達(dá)多路徑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)系統(tǒng),并對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的性能分析。本文首先建立了完整的天波雷達(dá)的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)模型,主要包括電離層模型、目標(biāo)跟蹤模型與雜波模型三個(gè)部分。電離層模型通過分析多徑效應(yīng)的成因,對(duì)電離層的分層效應(yīng)建模,目標(biāo)跟蹤模型研究了多徑傳播下的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型和系統(tǒng)量測(cè)模型。由運(yùn)動(dòng)模型可以得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程;由量測(cè)模型可以得到目標(biāo)狀態(tài)與多模量測(cè)的轉(zhuǎn)換公式。在此基礎(chǔ)上加入均勻雜波模型從而形成完整的天波雷達(dá)目標(biāo)跟蹤環(huán)境。其次,本文研究了三種具備理論優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值的多路徑數(shù)據(jù)關(guān)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(yīng)的能力和跟蹤精度。通過理論比較與仿真分析,對(duì)比了三種多路徑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法的優(yōu)缺點(diǎn),最終給出了每種算法的適用條件,在工程應(yīng)用中,應(yīng)該根據(jù)實(shí)際條件綜合考慮,選出最適合的算法。然后,本文針對(duì)實(shí)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(guān)聯(lián)算法(MPCR)和自治多模型MPDA算法(AMM-MPDA),仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)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(yīng)漸消記憶濾波算法對(duì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)中卡爾曼濾波器的結(jié)構(gòu)做出調(diào)整,改善了在實(shí)際中目標(biāo)運(yùn)動(dòng)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(guān)聯(lián)導(dǎo)致濾波結(jié)果發(fā)散。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN958.93
【部分圖文】：

圖 1-1 雷達(dá)坐標(biāo)下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法框圖雷達(dá)坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法優(yōu)點(diǎn)在于：（1）無需電離層先驗(yàn)信息，無需雷達(dá)量測(cè)坐標(biāo)系到目標(biāo)真實(shí)狀態(tài)所在的地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換；（2）算法計(jì)算量小，便于工程實(shí)現(xiàn)；雷達(dá)坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法缺點(diǎn)在于：（1）無法解決多徑效應(yīng)，一個(gè)真實(shí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)不只一條的航跡；（2）無法獲得地理坐標(biāo)系下目標(biāo)的真實(shí)位置；（3）各傳播模式分別關(guān)聯(lián)，檢測(cè)概率較低，失跟率較高。第三階段：上世紀(jì) 90 年代末至今，以 MPDA 為首的大量多徑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法被提出，學(xué)者們開始集中研究在混合坐標(biāo)系完成關(guān)聯(lián)與跟蹤的算法，此類算法利用電離層信息，目標(biāo)狀態(tài)更新和估計(jì)是在地理坐標(biāo)系下完成的，在雷達(dá)量測(cè)坐標(biāo)系完成多徑關(guān)聯(lián)，提高了目標(biāo)的估計(jì)精度，而且可以得到目標(biāo)真實(shí)的地理信息，部分解決了天波雷達(dá)的多路徑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題。雷達(dá)坐標(biāo)下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法流程框圖[24]如圖 1-2 所示：

圖 1-2 混合坐標(biāo)下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法框圖混合坐標(biāo)系下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法優(yōu)點(diǎn)在于：（1）在地理坐標(biāo)系下對(duì)目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)建立模型，建模精度較高；（2）算法最終輸出地理坐標(biāo)系下目標(biāo)真實(shí)航跡；（3）多路徑關(guān)聯(lián)是在雷達(dá)坐標(biāo)系下完成的，綜合考慮多路徑回波信息，關(guān)聯(lián)精度較高，提高了目標(biāo)的檢測(cè)概率，具有較強(qiáng)的航跡維持能力；（4）利用回波合并或回波競(jìng)爭(zhēng)策略，能夠在目標(biāo)跟蹤階段減少輸出目標(biāo)航跡的數(shù)目�；旌献鴺�(biāo)系下數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法缺點(diǎn)在于多次使用坐標(biāo)變換公式，算法計(jì)算量增大，且非線性坐標(biāo)公式導(dǎo)致必須采用非線性濾波器如 UKF、EKF 等。而且坐標(biāo)變換公式均依賴于精確的電離層虛高信息，這在實(shí)際中很難實(shí)現(xiàn)。因此，近年來的研究熱點(diǎn)都是圍繞著數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法中模型建立比較理想的情況，結(jié)合實(shí)際對(duì)模型做出擴(kuò)展。例如，針對(duì)實(shí)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(dá)的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)模型，才能進(jìn)問題。該系統(tǒng)模型可分為電離層模型、目標(biāo)跟蹤模要通過分析多徑效應(yīng)的成因，對(duì)電離層的分層效應(yīng)標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型和雷達(dá)系統(tǒng)量測(cè)模型兩部分[26]組成，目動(dòng)過程，本文以勻速直線運(yùn)動(dòng)模型為主；系統(tǒng)量測(cè)測(cè)目標(biāo)獲取量測(cè)的過程，跟雷達(dá)的工作方式與參考不同，目標(biāo)跟蹤模型也不相同，針對(duì)天波雷達(dá)的多標(biāo)系下的天波雷達(dá)多徑數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，因此給出了模型；雜波模型主要是對(duì)監(jiān)視區(qū)域內(nèi)的虛假量測(cè)的模型雷達(dá)發(fā)射的高頻電磁波經(jīng)過多層電離層的折射來進(jìn)目標(biāo)在同一時(shí)刻產(chǎn)生不只一個(gè)量測(cè)，這種問題被我徑效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響我們對(duì)目標(biāo)狀態(tài)的估計(jì)。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815356