雷达对高动态目标参数估计方法研究

论文摘要

随着弹道导弹（TBM）突防和反弹道导弹突防技术的发展,弹道导弹目标利用其具备的高速度和大机动来实现其突防的目的。雷达作为反导防御系统中的主要传感器,其信号处理和数据处理方法面临新的挑战、存在新的特点,需对高速机动目标的参数测量和估计方法进行深入研究,以提升雷达对高动态目标的探测跟踪性能。针对雷达对高动态目标的参数估计问题,本文从雷达测量误差补偿、高动态目标滤波跟踪和运动模型、质阻比估计与类别辨识等方面开展研究。首先研究了雷达测量距离-多普勒耦合误差补偿和大气折射误差补偿问题,分别提出了距离-多普勒耦合误差开环补偿方法、大气折射误差高斯迭代补偿方法,对雷达测量值进行修正,为实现目标高精度参数估计奠定基础。针对高动态目标的高速度和高机动特性、雷达测量的非线性问题,对比研究了α-β-γ滤波、Kalman滤波、扩展Kalman滤波（EKF）、转换量测Kalman滤波（CMKF）和无敏Kalman滤波（UKF）五种滤波方法,从跟踪精度、运算效率和收敛速度等角度,对各滤波算法进行了评估,仿真结果表明,UKF方法滤波精度最高,EKF和CMKF方法滤波精度较高、运算量适中。研究了高动态目标的滤波跟踪运动模型,对比研究了修正J2弹道模型、Singer模型、再入修正J2弹道模型、机动再入修正J2弹道模型四种运动模型,并仿真验证了各模型对高动态目标的滤波跟踪性能。仿真结果表明,为得到较高的跟踪滤波精度,运动模型需对目标所受作用力的加速度准确建模。提出了一种参数化交互多模型滤波方法,根据任务特点、目标特性、飞行阶段等调整模型结构组成,根据任务目标类型参数化装订和实时调整模型个数、模型类型、模型变量等参数,根据目标运动特性进行多模型的自适应切换和交互,在非线性系统模型及非线性测量模型条件下获得高精度滤波效果。仿真验证了该方法的有效性,可对高动态目标实现高精度滤波跟踪。提出了一种基于质阻比估计的弹道目标类别辨识方法,将质阻比作为状态变量,使用非线性滤波器估计质阻比;基于质阻比滤波值,针对质阻比估计值收敛辨识和目标类别辨识问题,构建动态贝叶斯网络模型,递推计算质阻比估计值已收敛和目标类别的后验概率,采用最大后验概率准则完成辨识。仿真验证了该方法的有效性,可准确识别弹头和轻诱饵目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题研究的背景和意义
•   1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
•     1.2.1 国外研究现状
•     1.2.2 国内研究现状
•   1.3 本文的主要研究内容与安排
• 第2章 雷达观测模型及其补偿方法
•   2.1 引言
•   2.2 雷达观测模型
•   2.3 多普勒频移估计补偿算法
•   2.4 大气折射补偿技术
•     2.4.1 传统的经验公式计算法
•     2.4.2 基于高斯迭代的误差估计方法
•     2.4.3 仿真比较
•   2.5 本章小结
• 第3章 高动态目标跟踪滤波方法
•   3.1 引言
•   3.2 跟踪滤波方法
•     3.2.1 卡尔曼滤波器
•     3.2.2 α-β-γ滤波器
•     3.2.3 扩展卡尔曼滤波
•     3.2.4 转换量测卡尔曼滤波
•     3.2.5 Unscented卡尔曼滤波
•   3.3 性能评估方法
•     3.3.1 滤波一致性检验
•     3.3.2 均方根误差
•     3.3.3 数据处理时间
•   3.4 仿真验证
•     3.4.1 场景设定
•     3.4.2 结果分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 高动态目标滤波运动模型
•   4.1 引言
•   4.2 目标运动模型
•     4.2.1 坐标系
•     4.2.2 目标运动模型
•   4.3 滤波系统模型
•   4.4 仿真验证
•     4.4.1 场景设定
•     4.4.2 结果分析
•   4.5 本章小结
• 第5章 参数化交互多模型滤波方法
•   5.1 引言
•   5.2 滤波器系统模型
•     5.2.1 弹道目标模型
•     5.2.2 常加速模型
•     5.2.3 常速度模型
•   5.3 参数化交互设计
•     5.3.1 参数化人机交互
•     5.3.2 参数化模型交互
•   5.4 自适应一体化处理
•   5.5 交互多模型非线性高精度滤波
•     5.5.1 UKF滤波算法
•     5.5.2 EKF滤波算法
•   5.6 仿真验证
•     5.6.1 主动段弹道目标跟踪滤波仿真
•     5.6.2 被动段弹道目标跟踪滤波仿真
•   5.7 本章小结
• 第6章 基于质阻比估计的弹道目标类别辨识方法
•   6.1 引言
•   6.2 质阻比估计收敛辨识和目标类别辨识
•     6.2.1 质阻比估计收敛辨识
•     6.2.2 目标类别辨识
•   6.3 仿真验证
•   6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果
• 致谢
• 个人简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 韦杉

导师: 高长生

关键词: 参数估计,滤波算法,运动模型,距离多普勒耦合,大气折射误差

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,武器工业与军事技术

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: O212.1;E927

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.003506

总页数: 80

文件大小: 3043K

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