多传感器多目标航迹关联与融合算法研究1191.docx
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1、分类号密密级UDC注注1学位论文文多传感器器多目标标航迹关联联与融合合算法研研究(题名和和副题名名)程跃兵(作者姓姓名)指导教师师姓名戴戴跃伟 教授授 闫玉德德 副教教授申请学位位级别硕硕士专业名名称控制制理论与与控制工工程论文提交交日期 20110.005论文文答辩日日期20010.06学位授予予单位和和日期南南京理工工大学答辩委员员会主席席评阅人年月日声明本学位论论文是我我在导师师的指导导下取得得的研究究成果,尽尽我所知知,在本本学位论论文中,除除了加以以标注和和致谢的的部分外外,不包包含其他他人已经经发表或或公布过过的研究究成果,也也不包含含我为获获得任何何教育机机构的学学位或学学历而使
2、使用过的的材料。与我一一同工作作的同事事对本学学位论文文做出的的贡献均均已在论论文中作作了明确确的说明明。研究生签签名:年年月日学位论文文使用授授权声明明南京理工工大学有有权保存存本学位位论文的的电子和和纸质文文档,可可以借阅阅或上网网公布本本学位论论文的部部分或全全部内容容,可以以向有关关部门或或机构送送交并授授权其保保存、借借阅或上上网公布布本学位位论文的的部分或或全部内内容。对对于保密密论文,按按保密的的有关规规定和程程序处理理。研究生签签名:年年月日 硕士论文 多传感器多目标航迹关联与融合算法研究摘要I 目录 硕士论文随着现代代科技的的飞速发发展以及及现代战战争的需需求,在机机动目标标
3、跟踪领领域应用用信息融融合技术术是近年年来研究究的热点点。面对对现代战战场中敌敌方飞行行目标的的高机动动性和复复杂性,为为了对目目标实施施有效地地打击和和防御,必须有机结合多部传感器提供目标的信息,进行精确地跟踪。本文结合合某项科科研项目目,利用用分布式式雷达组组网技术术,对本本文采用用的IMMM滤波波、航迹关关联与融融合算法法予以软件件实现,并进行行一系列列计算机机仿真。首先,介介绍了目目标跟踪踪领域中中的量测测数据预预处理技技术,以以及在kkalmman滤滤波基础础上分析析了交互互式多模模型跟踪踪算法,并并通过仿仿真实例例,证明明了该算法法是行之之有效的的。为后后续研究究航迹关关联与融融合
4、算法法提供了了数据支支持。其次,基基于实际际工程研研究背景景,对目前广广泛采用用的加权、修正、独立序序贯分布布式航迹迹关联算算法进行行了总结结讨论,并并分析了了在航迹迹交叉、分岔以以及合并并的情况况下,独独立序贯贯算法的的理论可可行性,并并通过多多组仿真真实例,证证明了算算法的实实用性。最后,本本文介绍绍了目标标跟踪中中几种常见见的航迹迹融合算算法,包包括集中中式和分分布式两两种。鉴鉴于集中中式计算算量大和和对系统统处理器器的要求求较高,本本文采用用分布式式融合算算法,并并对关联联成功的航航路,采采用无反反馈最优优分布式式融合算算法进行行50次次Monnte Carrlo仿仿真实验验,验证证了
5、此算算法的可可靠性。本文从工工程领域域角度出出发,探探讨了目目标跟踪踪中数据融融合的关关键技术术,为实实际工程程应用提提供了有有用的参参考。关键词:多传感感器,目目标跟踪踪,IMMM滤波波,航迹迹关联,航航迹融合合AbsttracctAlonng wwithh thhe rrapiid ddeveeloppmennt oof mmodeern tecchnoologgy aand thee deemannd oof mmodeern warr,Infformmatiion fussionn teechnnoloogyhhas beccomee thhe hhotsspott inn thhe
6、mmaneeuveerinng ttargget traackiing fieeld. In tthe facce oof mmodeern batttlee wiith thee ennemyy fllyinng hhighh maaneuuverrabiilitty aand commpleexitty oof ttarggetss, inn orrderr too sttrikke aand deffendd efffecctivvelyy,we musst ccombbinee orrgannicaallyymulltipple sennsorrs iinfoormaatioon tt
7、o aaccuurattelyy trrackk.Combbiniing a rreseearcch pprojjectt inn thhis dissserrtattionn,Numbber of raddarss arre uusedd too coompoose thee diistrribuutioonall neetwoork,sofftwaare reaalizzatiion of IMMM fiilteerinng, trrackk coorreelattionn annd ttracckfuusioonallgorrithhm aare finnishhed,alsso aa
8、seeriees oof ccompputeer ssimuulattionn arre ccarrriedd onn.Firsstlyy,meassureemennt ddataa prreprroceessees ttechhnollogiiesin thee fiieldd off thhe ttargget traackiing aree inntrooducced,andd baasedd onn kaalmaan ffiltteriing tecchnoologgy oof tthe tarrgett trrackkingg fiieldd, thhe ddissserttatii
9、onaanallyseesintteraactiive moddelffiltter alggoriithmm, thhrouugh thee siimullatiion exaamplles,andd prrovees tthatt thhe aalgooritthm is efffecttivee.Dataa suuppoort forr reeseaarchhingg suubseequeentttracck ccorrrelaatioon aand traack fussionnalggoriithmm iss prroviidedd.Secoondlly,baseed oon tth
10、e praactiicall ennginneerringg reeseaarchh baackggrouund, thhe ddisttribbuteed ccorrrelaatioon aalgooritthmss whhichh arre ccurrrenttly wwideesprreadd addopttionn arre ssummmariizedd annd ddisccusssed in thee diisseertaatioon. Inncluude weiighttingg, fiixedd, inndeppenddentt seequeentiial corrrellat
11、iion alggoriithmm, annd aanallyzees wwhenn trrackk iss crrosssingg, biifurrcattingg annd ccombbiniing,andd thhe ffeassibiilitty oof tthe alggoriithmm thhougght thee seeverral of simmulaatioon eexammplees iis pprovved.Finaallyy, thhediisseertaatioondeescrribeessevveraalcoommoontrrackk fuusioon aalgoo
12、ritthmss off thhe ttargget traackiing fieeld,inccluddingg ceentrraliizedd annd ddisttribbuteedsttruccturre. Sinnce cenntraalizzedsstruuctuurehhas larrge amoountt off caalcuulattionn annd tthe higgh rrequuireemennts of sysstemm prroceessoor,thee diisseertaatioonaddopttsthe disstriibutted fussionn all
13、gorrithhm, annd aassoociaatedd suucceessfful rouute, wiithnno ffeeddbacck ooptiimall diistrribuutedd fuusioon aalgooritthm 50 timmes Monnte Carrlo simmulaatioon tto vveriify thee allgorrithhm rreliiabiilitty.Fromm thhe AAnglle oof eengiineeerinng aareaa, thhe kkey of tarrgett trrackkingg daata fussi
14、onn arrea is disscusssedd inn thhis dissserrtattionn,andd ussefuul rrefeerennceffor thee prractticaal eengiineeerinng aappllicaatioon iis pprovvideed.Keywwordds:Mullti-sennsorr, taargeet ttracckinng,IMMM fiilteerinng, trrackkcorrrellatiion, trrackk fuusioon69 硕士论文 多传感器多目标航迹关联与融合与算法研究目 录录摘要IABSTTRACC
15、TIII1绪论111.1论论文研究究背景与与意义111.2国国内外发发展及研研究现状状21.3 航迹关关联与融融合算法法发展现现状31.3.1航迹迹关联算算法发展展概况331.3.2航迹迹融合算算法发展展概况441.4 本文的的主要研研究工作作及内容容安排552多传感感器多目目标信息息融合理理论基础础72.1信信息融合合的定义义72.2信信息融合合的基本本原理772.3信信息融合合的系统统结构882.3.1信息息融合的的层次结结构82.3.2信息息融合的的体系结结构92.4信信息融合合的技术术与应用用102.4.1信息息融合的的基本技技术和方方法1002.4.2信息息融合的的应用1112.5本
16、本论文研研究的主主要问题题及解决决思路1112.6本本章小结结123多目标标跟踪中中的数据据处理1133.1量量测数据据预处理理技术1133.1.1坐标标变换1133.1.2时间间配准算算法1663.1.3 空空间配准准算法1173.2卡卡尔曼滤滤波1993.3交交互式多多模型跟跟踪算法法203.4仿仿真分析析233.4.1 仿仿真指标标233.4.2 滤滤波仿真真结果2243.5本本章小结结294基于统统计理论论的航迹迹关联算算法3114.1 算法描描述3114.1.1 加加权航迹迹关联算算法3224.1.2 修修正航迹迹关联算算法3224.1.3 独独立序贯贯航迹关关联算法法334.1.4
17、 典典型情况况下的航航迹关联联344.2独独立序贯贯算法软软件实现现364.3仿仿真分析析374.4本本章小结结425基于统统计理论论的航迹迹融合算算法4335.1 集中式式融合系系统4335.1.1 并并行滤波波435.1.2 序序贯滤波波445.1.3 数数据压缩缩滤波4455.2 分布式式融合系系统4665.2.1简单单凸组合合航迹融融合算法法465.2.2 BBar Shaalomm-Caampoo航迹融融合算法法475.2.3无反馈馈的最优优分布式式航迹融融合算法法475.3仿仿真分析析495.4本本章小结结546总结与与展望5556.1 本论文文工作总总结5556.2 展望566致
18、 谢谢57参考文献献59硕士论文 多传感器多目标航迹关联与融合算法研究1 绪论1.1论论文研究究背景与与意义在现代和和未来的的战争中中,随着着战争形形式的信信息化、武器种种类的先先进化、空间情情形的复杂化化以及目目标环境境的多样样化,信信息瞬息息万变,为了获获得更佳佳的作战战效果,利用单个传感器的量测信息远远不能满足性能要求,这就决定了在战场上要用到种类繁多的传感器提供观测信息,进行优化处理,最终来获取目标的状态估计、目标属性、火力控制、精确制导等信息。但是多传感器的使用必然会带来更为复杂的问题:信息量的巨大化、信息表现形式的多样化以及处理信息的复杂化等,给实际系统的解决增加了沉重的计算负担,
19、这些问题将大大超过人脑的信息综合处理及分析能力。经过多年的经验及总结,人们自然而然地将这些多种多样的信息进行综合利用、智能处理,去除掉那些冗余的信息,一方面减轻了人工处理信息的工作量,另一方面提高了系统的容错性、健壮性以及重组能力。在这种背景下,多传感器信息融合技术便应运而生。促进多源源信息融融合理论论发展的的主要动动因之一一就是现现代战争争的迫切切需要。当前,信信息融合合技术正正在迅猛猛发展,已经渗透到现代化战争的各个领域,随着计算机技术和传感器技术的发展,信息融合技术必将在现代和未来战争中发挥越来越重要的作用。随着现代代科技的的飞速发发展以及及现代战战争的需需要,在在机动目目标跟踪踪领域应
20、应用信息息融合技技术是近近年来研研究的热热点。随随着现代代战场中中目标的的高机动动性和复复杂性,为为了对目目标进行行精确的的跟踪,则必须获得更多的目标信息。然后将不同的传感器测得的目标信息进行有机融合,综合利用各个传感器的测量信息,克服了单个传感器的局限性,能全面准确描述被测对象。与传统的单传感器系统相比,在机动目标跟踪领域采用多传感器信息融合系统具有以下优点1-2:(1)增增加系统统的生存存周期,提提高系统统的健壮壮性:当当有若干干个传感感器失效效或受到到干扰,或某个事件某个目标不在其测量范围内,一般至少会有一种传感器向系统提供信息,提高系统鲁棒性和可靠性,其生存能力大大增强。(2)扩扩展空
21、间间和时间间搜索范围围,加快快信息处处理速度度。(3)改改进探测测性能:对量测测信息采采取有效效融合,提提高探测测的有效效性。(4)增增加量测测空间维维数。(5)提提高空间间分辨率率,提高高系统可可信度。(6)降降低系统统信息的的不确定定性:多多传感器器的联合合信息必必然降低低目标或或者事件件的模糊糊性,提提高决策策能力。最近200年发生生的几场场高技术术战争表表明,传传统的机机械式作作战已逐逐步成为为历史,信信息战和和电子战战已成为为现代以及及未来战战争的主主体。由于电电子信息息技术的的飞速发展展,多兵兵种通过过网络中中心联合合作战,协同各种武器平台共享战场作战信息,已成为海陆空天作战的主要
22、方式。多传感器信息融合系统充分发挥武器装备和作战部队的效能,使作战力量倍增,其重要性是显而易见的。近年来,随随着网络络通信技技术的发发展,将将分布在在一个战战场范围围内的多多部传感感器利用用通信网网络实现现信息共共享,即即网络化化多传感感器信息息融合技技术,是是目前国国内外学学者研究究的热点点。网络化多多传感器器信息融融合技术术的核心心,就是是通过一一个公共共的网络络平台,将将分布在在较大战战场范围围内的若若干目标标探测单单元即多多传感器器连接起起来,使使其同步步工作,独立处理信息以及工作同步,有效提高目标的跟踪、监测预警能力,从而突破单个传感器在探测范围、精度以及响应速度方面的能力瓶颈,从而
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