红外搜索与跟踪系统的点目标定位及跟踪算法研究

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1、摘要摘要红外搜索与跟踪(IRST)系统属于被动雷达系统范畴，不能得到目标的距离测量，并且测量方程是非线性的，因此该系统的单站跟踪定位技术以及如何恰当地解决非线性问题便是一个需要研究的特殊课题。同时，该系统也面临普通雷达系统所遇到的一些普遍性问题，这些普遍性问题主要包括目标的运动模型、观测模型、跟踪过程的滤波算法、数据关联等多方面的研究课题。基于以上几方面考虑，本文主要进行了三个方面的研究工作：1)基于目标红外辐射信息的单站目标定位和跟踪方法：2)跟踪过程的滤波算法：3)多站多目标的数据关联方法。主要内容安排如下：第一章简要论述了研制IRST系统的必要性和迫切性，以及IR

2、ST系统的发展历史和国内外的研制和装备现状。对IRST系统的组成和主要技术也进行了说明，重点论述了IRST系统在跟踪和定位方面的技术发展状况。第二章介绍了一些与IRST系统有关的基础理论知识，其中包括物体的红外辐射特征、红外辐射的物理学术语、红外辐射在大气中的传播特性以及IRST系统的作用距离等方面的内容。第三章研究了利用目标红外光谱辐射信息的单站单波段及双波段定位算法，给出了比较简明的单站单／双波段测距通用公式，对单波段定位时遇到的三种特殊情况下的定位公式也进行了分析，并给出了相关结论。同时对两种测距公式的测量误差进行了分析，并通过计算机仿真对算法性能进行了验证。第四

3、章建立了一个比较完整的基于目标红外辐射信息的单站机动目标跟踪体系。首先，运用交互多模型(IMM)算法，对IRST系统的单站机动目标可跟踪性进行了研究，通过对不同测量组合的跟踪性能的比较和分析，得出了利用目标红外辐射信息可以对目标进行有效跟踪的结论。其次，对基于目标辐射信息进行跟踪的初始化问题进行了研究，提出了一套详细的实现方法，并通过仿真实验对其有效性进行了检验。第三，构造了杂波环境下机动目标跟踪的交互多模型一概率数据关联滤波(IMM．PDAF)跟踪算法，并在多种仿真环境下对算法的性能进行了验证。第五章对基于最大似然估计算法的红外图像序列的检测前跟踪(TBD)方法进行了

4、研究。首先，提出了基于朗伯定律的目标近似运动模型，使目标的运动模型更符合实际情况，同时，推导出了该模型下状态估计误差的Crame—Rao下限(CRLB)，为算法提供了一个可以达到的最低限。其次，考虑到点扩展函数的局部性，提出了局部似然比的概念，大大地减少了算法的运算时间。第三，在求解最大似然比所对应的状态参数过程中，在粗、细两步搜索算法基础上，提出了选西安电子科技大学博士论文红外搜索‘j跟踪系统的点目标定位及跟踪算法研究择M个最大似然状态参数的思想，克服了有可能出现的局部最大似然比问题。第六章描述了粒子滤波器的基本原理，对机载IRST系统的羽测模型进行了分析，并将序贯重

5、要采样(SiS)方法与IMM算法相结合，提出了一种机载IRST系统单站机动目标跟踪的IMM．SIS算法。最后，通过仿真将IMM．SIS算法的跟踪性能与IMM．EKF(扩展卡尔曼滤波)、IMM．GPSF(高斯和滤波)算法的跟踪性能进行了比较。第七章主要做了两方面的工作：①将伪线性估计方法应用于多站IRST系统的定位与跟踪过程，建立了多站IRST系统的伪线性观测模型以及相应的伪线性卡尔曼滤波器，并对跟踪初始值的设置进行了相应处理。②将视线距离的概念引入到被动多站多目标的测量数据关联，提出了各观察站对于同一目标的视线之间的距离和最小的关联准则，在此基础上，构造了测量数据的快速

6、关联算法。其主要优点是不需要目标位置的任何先验信息，为被动多站测量数据关联提供了一条新的思路。仿真结果表明，这是一个简单有效的关联方法。关键词：红外搜索与跟踪系统跟踪定位红外辐射点目标粒子滤波数据关联视线距离西安电子科技大学博士论文摘要ABSTRACTTheInfraredSearchandTrack(IRST)SystemisapassiveRadarsystem，itCallnotgainedthemeasurementsofthetargetdistanceandtheequationsofthemeasurementsarenon·linearintheIRST

7、system，therefore，thetechniqueofthelocationandtrackingwithsingleobserverandhowtOappropriatelysolvetheproblemofthenone-lineararespecialissuesoftheIRSTsystem．Meanwhile，thegeneralproblememerginginthenormalRadarsystem，suchas，targetdynamicmodel，measurementmodel，algorithmoffilte