艦船目標(biāo)多手段數(shù)據(jù)融合探測(cè)方法研究.pdf

1、海洋管理對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)和安全有著十分重要的作用，艦船管理是海洋管理的主要工作之一。實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取海洋監(jiān)管區(qū)域的艦船分布和有效評(píng)估艦船運(yùn)動(dòng)的態(tài)勢(shì)是艦船有效管理的基礎(chǔ)。星載合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)、高頻地波雷達(dá)(High Frequency Surface Wave Radar，HFSWR)和自動(dòng)艦船識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）是目前大范圍海

2、上目標(biāo)監(jiān)測(cè)的主要傳感器。星載SAR不受天氣限制、探測(cè)精度高，但是只能在衛(wèi)星過境時(shí)刻進(jìn)行探測(cè);高頻地波雷達(dá)可以連續(xù)探測(cè)且速度探測(cè)精度高，但是目標(biāo)定位精度較低;AIS可以提供詳細(xì)的艦船位置、速度、航向等信息，但是只能對(duì)合作艦船進(jìn)行監(jiān)測(cè)。三種探測(cè)手段各有其優(yōu)缺點(diǎn)，僅僅通過單一傳感器無法獲得艦船的準(zhǔn)確信息。本文研究的主要課題是如何有效地融合利用三種探測(cè)手段的測(cè)量值來提高艦船探測(cè)精度，針對(duì)星載SAR、高頻地波雷達(dá)和AIS的艦船目標(biāo)點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)、目標(biāo)跟

3、蹤、航跡關(guān)聯(lián)等多個(gè)問題展開研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.為了解決密集分布情況下的高頻地波雷達(dá)和AIS點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)問題，提出一種基于JVC(Jonker-Volgenant-Castanon)的全局最優(yōu)點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)算法。首先，將WGS84(World Geodetic System1984)坐標(biāo)系下測(cè)量的AIS的點(diǎn)跡坐標(biāo)映射到高頻地波雷達(dá)測(cè)量極坐標(biāo)中，實(shí)現(xiàn)了坐標(biāo)系的統(tǒng)一。其次，建立高頻地波雷達(dá)和AIS點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)模型，采用點(diǎn)跡對(duì)閾值和迭代搜

4、索算法將關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集劃分為可行的關(guān)聯(lián)子集。最后，將JVC全局最優(yōu)關(guān)聯(lián)算法應(yīng)用于每一個(gè)可行關(guān)聯(lián)子集的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)上，解決密集環(huán)境中的雷達(dá)和AIS點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)問題。仿真數(shù)據(jù)結(jié)果顯示該算法在精度上優(yōu)于最近鄰算法和聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(Joint Probability DataAssociation，JPDA)算法，在運(yùn)行效率上高于JPDA算法，另外，通過三年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的適用性和實(shí)時(shí)性。
　　2.針對(duì)星載SAR、高頻地波雷達(dá)和AIS點(diǎn)跡

5、的關(guān)聯(lián)問題，提出一種多特征改進(jìn)的最大似然點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)算法來提高關(guān)聯(lián)精度，降低虛警。測(cè)試的多特征參數(shù)包括艦船的位置、大小、航向和速度?；谌N傳感器測(cè)量模型，將星載SAR、高頻地波雷達(dá)和AIS的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)問題建模為一個(gè)多維分配問題。在數(shù)據(jù)分配過程中，JVC算法用來解決二維分配問題，拉格朗日松弛算法用來解決三維分配問題。仿真結(jié)果顯示使用長(zhǎng)度和速度作為擴(kuò)展特征的多特征最大似然關(guān)聯(lián)算法相比最近鄰算法和位置最大似然算法可以提供更高的關(guān)聯(lián)精度。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)

6、驗(yàn)驗(yàn)證了所提算法可以增強(qiáng)目標(biāo)的確認(rèn)并降低虛警。
　　3.針對(duì)高頻地波雷達(dá)單頻率目標(biāo)跟蹤的海雜波速度盲區(qū)問題，提出一種基于AIS校準(zhǔn)的雙頻融合探測(cè)算法。AIS信息可以用來估計(jì)地波雷達(dá)的每個(gè)頻率不同的系統(tǒng)誤差。首先，將合作目標(biāo)的AIS點(diǎn)跡測(cè)量值與高頻地波雷達(dá)的點(diǎn)跡測(cè)量值通過JVC分配算法進(jìn)行點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)。利用合作艦船的點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)結(jié)果，可以估計(jì)和校準(zhǔn)高頻地波雷達(dá)不同頻率的系統(tǒng)誤差。其次，基于校準(zhǔn)的雙頻數(shù)據(jù)，使用雙頻融合JPDA-UKF(Uns

7、cented Kalman Filter)算法進(jìn)行艦船跟蹤。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所提算法可以實(shí)時(shí)跟蹤艦船，相比單頻率跟蹤可以進(jìn)一步提高跟蹤能力和跟蹤精度。
　　4.針對(duì)高頻地波雷達(dá)和AIS航跡關(guān)聯(lián)問題，鑒于航跡的不同特點(diǎn)，提出一種多模型航跡關(guān)聯(lián)算法。首先，根據(jù)艦船的轉(zhuǎn)向率和對(duì)地航向?qū)⒑桔E分成不同的航跡類型，直線航跡和變向航跡。然后，對(duì)變向航跡進(jìn)行航跡分割，分割成近直線航跡。最后，采用航跡間的徑向距離、方位向和徑向速度的三維加權(quán)