燕山大学毕业设计：基于扩展卡尔曼滤波器的动态目标运动轨迹跟踪仿真研究

本科毕业设计（论文）基于扩展卡尔曼滤波器的动态目标运动轨迹跟踪仿真研究燕山大学2014年6月本科毕业设计（论文）基于扩展卡尔曼滤波器的动态目标运动轨迹跟踪仿真研究学院：专业：学生姓名：学号：燕山大学毕业设计(论文)任务书学院：电气工程学院系级教学单位：仪器科学与工程系学号学生姓名专业班级题目题目名称基于扩展卡尔曼滤波器的动态目标运动轨迹跟踪仿真研究题目性质1.理工类：工程设计（）；工程技术实验研究型（）；理论研究型（）；计算机软件型（）；综合型（）。2.文管类（）；3.外语类（）；4.艺术类（）。题目类型1.毕业设计（）2.论文（）题目来源科研课题（）生产实际（）自选题目（）主要内容1掌握卡尔曼滤波器在非线性系统中信号参数估计的基本原理；2基于Extendedkalman滤波器，实现二维空间动态目标轨迹跟踪；基本要求1．按电气工程学院本科生学位论文撰写规范的要求完成设计说明书一份（不少于2.4万字），A0图纸。说明书及插图一律打印，要求条理清晰、文笔流畅、图形及文字符号符合国家现行标准。2．完成卡尔曼滤波器目标跟踪算法编程。参考资料1．OptimalStateEstimation:Kalman,H-infinity,andNonlinearApproaches,JohnWiley&Sons,2006周次1—4周5—8周9—11周12—15周16—18周应完成的内容查阅相关文献资料分析确定设计方案，进行系统结构设计系统软件系统设计系统软件调试与实验修改论文，准备答辩指导教师：刘永红职称：年月日系级教学单位审批：年月日摘要I摘要自上世纪中期，运动目标跟踪的概念被提出之后，运动目标检测与跟踪技术得到迅速发展和广泛应用。九十年代以来，基于视频的目标跟踪方法研究也逐渐增多。由于实际跟踪环境复杂多变，被跟踪运动目标模型不确定等因素，运动目标视觉跟踪技术成为计算机视觉研究领域中十分有挑战性的研究内容之一。本文基于卡尔曼滤波理论，对运动目标跟踪技术展开研究。首先应用经典卡尔曼滤波算法实现了对运动目标的跟踪，但经典卡尔曼滤波方法是线性的滤波算法，对于非线性问题的跟踪效果不好。然后本文应用扩展卡尔曼滤波方法，对单运动目标进行跟踪实验，实验结果表明扩展卡尔曼卡尔曼滤波方法可以更好的对目标进行跟踪。关键词运动目标检测；运动目标跟踪；卡尔曼滤波；Matlab燕山大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractAftertheconceptofmovingtargettrackingpresentedinthelastmid-century,thetechnologyofmovingtargetdetectionandtrackinghavedevelopedrapidlyandwasappliedintoproductionextensively.From1990s,theresearchoftargettrackingbasedonvisualdatahasgraduallyincreased.Owingtotherealenvironmentsoftrackingtargetarecomplicatedandthemodelofbeingtrackedmovingtargetisuncertain,thevisualtrackingtechnologyofmovingtargethasbecomeaquitechallengingresearchaspectofcomputervision.Thispaper,basedonthetheoryofKalmanfilter,givesaresearchmethodofvisualtrackingtechnologyofmovingtarget.Firstofall,intheaspectofmovingtargettracking,weapplytheclassicalKalmanfilteralgorithmtorealizethedetectionofmovingtarget.BecauseoftheclassicalKalmanfilterislinearfilteralgorithmandthedetectioneffectofnonlinearproblemisnotsatisfactory,weapplyExtendKalmanfiltertodetectsinglemovingtargetinsequenceimages.TheexperimentalresultsdemonstratethattheeffectofdetectionofmovingtargetbyExtendKalmanfilterisbetter.Keywordsmovingtargetdetection;movingtargettracking;Kalmanfilter;MatlabIII目录摘要........................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II第1章绪论..........................................................................................................11.1课题背景.................................................................................................11.2扩展卡尔曼滤波器的动态目标运动轨迹跟踪研究国内外发展现状.21.2.1卡尔曼滤波的国外发展..................................................................21.2.2卡尔曼滤波器的国内发展..............................................................51.3有待解决的问题和发展趋势.................................................................61.4论文的主要工作内容及意义.................................................................7第2章运动目标检测........................................................................................102.1引言.......................................................................................................102.2常用的运动目标检测方法...................................................................102.2.1背景减除法....................................................................................102.2.2光流法............................................................................................112.2.3帧差法............................................................................................112.3本章小结...............................................................................................11第3章基于扩展卡尔曼滤波的运动目标跟踪理论........................................123.1原始的卡尔曼滤波跟踪算法...............................................................123.1.1卡尔曼滤波信号模型....................................................................123.1.2卡尔曼滤波的观测方程................................................................133.1.3卡尔曼滤波的递推过程................................................................133.2扩展卡尔曼滤波算法...........................................................................153.2.1泰勒展开式....................................................................................153.2.1扩展卡尔曼滤波器........................................................................163.3最小二乘法............................................................................................173.3卡尔曼滤波算法的优缺点....................................................................193.4卡尔曼滤波应用中应注意的一些问题................................................203.5本章小结...............................................................................................21第4章卡尔曼滤波在目标跟踪模型的建立和仿真........................................22IV4.1卡尔曼滤波在匀速直线运动中的应用...............................................224.1.1匀速直线运动的模型建立............................................................224.2卡尔曼滤波在匀加速直线运动中的应用...........................................234.2.1匀加速直线运动的模型建立........................................................234.2.2匀速直线运动在matlab环境下的仿真.......................................244.3卡尔曼滤波