1、摘要I摘要现代战争中，空中力量的重要性不言而喻。作为影响战机作战效率的重要因素，机载雷达的作用显得尤为重要。相对于其他固定平台，由于雷达平台和目标之间存在相对运动，再加上载机本身一些因素的影响，数据的处理要困难许多。本文以某机载雷达仿真软件项目为背景，对机载雷达数据处理做了部分研究。首先，针对机载雷达观测和处理的数据要在不同的坐标系下分别进行的问题，详细的分析了从载机天线阵面坐标系转到空间大地直角坐标系的流程，并对不同坐标系下协方差的转换进行了仿真分析。其次，从工程角度出发，研究分析了几种典型的航迹起始方法，包括直观法、逻辑法和 Hough 变换法。由于基于批处理的 Hough 变换法计算量太
2、大不利于工程上实现，本文重点研究了利用速度、加速度及角度进行限定的直观法和基于滑窗的逻辑法。再次，对于数据关联中适合于单目标环境下的 PDAF 算法和适合于多目标环境下的 JPDA 算法进行了仿真，并对几种代表性的机动目标跟踪算法，特别是 IMM算法进行了详细的仿真分析。最后，针对前面的工作，将椭球门和速度、加速度及角度限定结合在一起，结合 IMM_PDAF 算法，做了仿真分析，结果表明在一定条件下可以有效地减少落入波门内的杂波数目，提高关联和跟踪的质量。关键词：数据处理、坐标转换、航迹起始、数据关联、机动目标跟踪ABSTRACTIIABSTRACTIt goes without saying
3、 that the importance of air power in modern warfare. As an important factor to affect the efficiency of warplanes, the role of airborne radar becomes vital important. Due to the relative motions between airborne platform and the targets, and the influence of the plane itself, the data processing is
4、more difficult in relation to other fixed platform. Based on an airborne radar simulation software project, this paper does some research on airborne radar data processing.First, in term of the question of the observation and processing of the airborne radars data in a different coordinate system, w
5、ith a detailed analysis of the process from the antenna array coordinate system to the earth right angle system, and simulate the transformation of covariance in different coordinate.Second, from the angle of engineering, do some research on several typical track initiation methods, including direct
6、-vision method, logic method and Hough transfer method. Due to the operations of the Hough transfer method based on processing batch is too much to achieve in project, this paper emphatically researches the direct-vision method with the limit of speed, acceleration and angle, and the logic method ba
7、sed on sliding-windows.Third, do some research on the data association, for example, the PDAF algorithm which is suitable for single goal environment and the JPDA algorithm which is suitable for multi-objective environment, and simulate several representative maneuvering target tracking algorithm, i
8、n particular the IMM algorithm.Finally, in term of previous work, combined the elliptical goal with limited speed, acceleration and angle, combined with IMM_PDAF algorithm, the simulate results show that this method can effectively reduce the number of clutters of the gate under some conditions, whi
9、ch improve the quality of association and tracking.Key Words: Data processing, Coordinate Transfer, Tracking Initialization, Data Association, Maneuvering Target Tracking目录III目 录第一章 绪论 .11.1 机载雷达发展史 .11.2 雷达数据处理简介 .21.2.1 滤波理论简介 .21.2.2 雷达数据处理技术的历史和现状 .41.3 课题背景 .51.4 论文安排 .5第二章 坐标系转换及误差转换分析 .72.1 相
10、关坐标系及其定义 .72.1.1 天线阵面极坐标系 .72.1.2 天线阵面直角坐标系 .82.1.3 载机直角坐标系 .82.1.4 载机地理直角坐标系 .92.1.5 空间大地直角坐标系 .92.2 坐标转换 .92.2.1 天线阵面极坐标系转天线阵面直角坐标系 .102.2.2 天线阵面直角坐标系转载机直角坐标系 .102.2.3 载机直角坐标系转载机地理直角坐标系 .102.2.4 载机地理直角坐标系转空间大地直角坐标系 .112.3 误差转换分析 .122.3.1 原理分析 .122.3.2 仿真分析 .142.4 本章小结 .15第三章 波门及航迹起始方法研究 .16目录IV3.1
11、 相关波门简介 .163.1.1 椭球波门 .173.1.2 矩形波门 .183.1.3 扇形波门 .183.2 航迹起始方法 .193.2.1 直观法 .193.2.2 逻辑法 .203.2.3 修正的逻辑法 .213.2.4 Hough 变换法 .213.3 仿真分析 .233.4 本章小结 .25第四章 数据关联 .274.1 最近邻域法 .284.2 概率数据互联算法 .284.2.1 状态更新与协方差更新 .294.2.2 互联概率计算 .314.3 联合概率数据互联算法 .324.3.1 联合事件的生成 .324.3.2 互联概率的计算 .334.3.3 状态估计协方差的计算 .3
12、44.4 仿真分析 .354.4.1 概率数据互联算法 .354.4.2 联合概率数据关联算法 .364.5 本章小结 .40第五章 机动目标跟踪 .415.1 可调白噪声模型算法 .415.2 变维滤波算法 .425.3 Singer 模型算法 .43目录V5.3.1 算法简介 .435.3.2 仿真分析 .445.4 交互式多模型算法 .455.4.1 交互式多模型算法步骤 .465.4.2 仿真分析 .475.5 本章小结 .50第六章 基于交互式多模型概率数据关联算法的多重门限研究 .526.1 改进的 IMM_PDA 算法 .526.2 椭球跟踪门 .536.3 速度限定 .536.
13、4 角度限定 .546.5 仿真研究 .54第七章 全文总结 .57参考文献 .58致 谢 .61研究生期间发表论文 .62图目录VI图目录图 1-1 雷达数据处理系统流程图 .2图 2-1 天线阵面坐标系参考模型 .7图 2-2 载机直角坐标系参考模型 .8图 2-3 地球椭圆坐标系参考模型 .9图 2-4 机载雷达坐标转换过程示意图 .9图 3-1 椭圆和矩形波门示意图 .17图 3-2 扇形波门示意图 .18图 3-3 滑窗法示意图 .20图 3-4 笛卡尔坐标系中的一条直线 .22图 3-6 仿真场景示意图 .23图 3-7 直观法（速度和加速度限定） .24图 3-8 直观法（速度、
14、加速度和角度限定） .24图 3-9 逻辑法 .24图 3-10 修正的逻辑法 .24图 3-11 Hough 变换法 .25图 4-1 概率数据互联算法单次仿真循环流程图 .31图 4-2 联合概率数据互联算法单次仿真循环流程图 .35图 4-3 PDA 算法（匀速运动） .36图 4-4 PDA（匀速运动）误差分析 .36图 4-5 PDA 算法（匀加速运动） .36图 4-6 PDA（匀加速运动）误差分析 .36图 4-7 目标真实场景图 .38图 4-8 JPDA 算法关联图 .38图 4-9 目标 1 误差图 .38图 4-10 目标 2 误差图 .38图 4-11 目标 3 误差图 .38图 5-1 滤波跟踪图 .45图 5-2 量测和滤波误差图 .45图目录VII图 5-3 交互式多模型算法原理图 .45图 5-4 真实轨迹 .49图 5-5 量测轨迹 .49图 5-6 滤波轨迹 .49图 5-7 X 方向标准差 .49图 5-8 X 方向误差 .49图 5-9 Y 方向标准差 .50图 5-10 Y 方向误差 .50图 5-11 Z 方向标准差 .50图 5-12 Z 方向误差 .50图 6-1 改进的 IMM_PDA 算法结构图 .52图 6-2 速度和角度限定示意图 .53图 6-3 密集环境关联跟踪图 .55图 6-4 稀疏环境关联跟踪图 .
