地面运动目标DPCA检测与多平台定位跟踪技术研究

中图分类号：TN958论文编号：102870312-S056学科分类号：081104硕士学位论文地面运动目标DPCA检测与多平台定位跟踪技术研究研究生姓名宫记松学科、专业模式识别与智能系统研究方向地面运动目标定位与跟踪指导教师陈谋教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二Ο一二年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationReasearhonGroundMovingTargetDPCADetectionandMulti-platformLocation/TrackingTechnologyAThesisinPatternRecognitionandIntelligentSystembyGongJisongAdvisedbyProf.ChenMouSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2012承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文i摘要本文主要研究了基于合成孔径雷达系统的地面运动目标检测与多平台定位跟踪技术。以机载双通道分置相位中心天线(DisplacedPhaseCenterAntenna，DPCA)法为理论基础，研究了基于DPCA的地面运动目标检测方法和地面运动目标运动参数估计方法，并在此基础上进一步研究了多平台定位与跟踪技术。首先，论文从静止点目标到运动点目标，再从静止面目标到运动面目标，依次建立了地面目标的合成孔径雷达回波信号模型，并在模型建立过程中实现了背景图像与实际坐标系统相结合。然后，基于该回波信号模型重点研究了机载双通道地面运动目标检测频域DPCA算法，实现了对地面运动目标的有效检测。又在此基础上研究了一种基于短时间内运动目标速度恒定、加速度为零的地面运动目标运动参数实时估计算法和地面运动目标成像算法，其中，运动参数实时估计算法能够利用回波相位信息较为精确地估计出运动目标的速度等参数。接着，提出了一种基于几何解析的双平台定位数据融合算法，该算法充分利用了单平台定位数据中的高精度量，对两个平台的定位数据进行了有效融合，显著提高了远距离时的定位精度，并且大大降低了算法的计算量。最后，论文研究了多目标多平台跟踪问题，分别对多目标多平台跟踪过程中的目标分配、轨迹关联、点迹录取和跟踪滤波四个主要步骤进行了研究，并且给出了一套完整的多目标多平台跟踪实现方案。方案中的算法不仅能够有效地进行轨迹匹配，而且还能利用跟踪算法中的误差协方差进行合理的目标分配，进而获得更高的跟踪精度。论文利用VC++、OpenCV、OpenGL、Matlab插件等多种工具对文中所涉及到的模型、算法进行了软件仿真，并对仿真结果进行了详细的对比分析，以大量仿真分析数据验证了论文中理论的正确性。关键词：SAR，地面运动目标，回波模型，DPCA，参数估计，双平台定位，多目标跟踪地面运动目标DPCA检测与多平台定位跟踪技术研究iiABSTRACTThetopicsofthepaperfocusongroundmovingtargetindicator/detection(GMTI/D)technologyandgroundmovingtargetmulti-platformlocation/trackingtechnology.Displacedphasecenterantenna(DPCA)algorithm,parameterstimatealgorithmwhicharebasedontheairbornetwin-channelSyntheticApertureRadar(SAR)systemandmulti-targetmulti-platformlocation/trackalgorithmareparticularlydevelopedinthepaper.Firstly,theSARechosignalmodeslaresuccessfullyestablishedcombiningbackgroundimagewithpracticalcoordinatesystemforgroundtargetswhichcontainpointtarget,areatarget,statictargetandmovingtarget.Secondly,basedontheSARechosignalmodelforgroundmovingtargets,DPCAalgorithminfrequencydomainisdevelopedtoeffiecntlydetectthegroundmovingtarget.OnbasisoftheDPCAalgorithm,aparameterestimatealgorithmisinvestigatedwhichrequirestargetsmovingwithconstantspeedandzeroacceleratedspeedinashort-livedtime.Andthealgorithmcanestimatethespeedofmovingtargetbymakinguseofthephaseoftheechosignal.Following,anewlocationalgorithmforgroundtargetusingtwin-radarsystembasedongeometryanalyticmethodisdeveloped,whichmakesfulluseofthelocationdataoftworadars.Itisprovedthatthealgorithmhasadvantagesofhighlong-distancelocationaccuracyandsmallcalculation.Finally,thetrackingalgorithmofthegroundmovingtargetisstudiedbasedonmulti-plantform.Inthedevelopedtrackingalgorithm,fourstepsareneededwhichcontaintargetdistribution,tracksampling,trackmatchingandtrackfilteringintheprocessofmulti-targetmulti-platformtracking.And,acompletesolutionofmulti-targetmulti-platformtracksystemisgiven,whichnotonlycanmatchtracks,butalsocanobtainhightracingaccuracybyusingthetracingerrorcovariancestoeffectivelycompletetargetassignment.ThemodelsandalgorithmsconcernedinthepaperaresimulatedbyusingVC++、OpenCV、OpenGL、Matlabtoolsandsoon.Bycomparingandanalyzingthesimulationdata,itisprovedthatthemodelsandalgorithmsarecorrect.KeyWords:SAR,groundmovingtargets,echomodel,DPCA,parameterestimate,twin-radarlocation,multipletargetstrack.南京航空航天大学硕士学位论文iii目录第一章绪论..........................................................................................................................................11.1课题研究的背景和意义..........................................................................................................11.2SAR地面运动目标检测定位国内外研究现状......................................................................21.2.1国外研究现状...............................................................................................................21.2.2国内研究现状...............................................................................................................41.3多平台多目标跟踪国内外研究现状......................................................................................41.3.1国外研究现状...............................................................................................................41.3.2国内研究现状...............................................................................................................61.4论文的主要内容与创新..........................................................................................................7第二章机载SAR地面目标回波信号模型的建立.............................................................................82.1引言.........................................................................................................................................82.2地面点目标回波信号模型......................................................................................................82.3地面面目标回波信号模型..............................................................