梁婧宇[1]2017年在《水声目标运动分析算法的研究与实现》文中进行了进一步梳理我国是拥有约300万平方公里海洋面积的海洋大国,所以海洋安全,是国民安全的第一道防线,必须时刻坚守。在水下防御及作战系统中,有“先发制人,后发制于人”的理念,其中“先发制人”就要依靠精确及时的水声目标运动分析技术。本文深入研究了常规水声目标运动分析算法,包括纯方位算法、方位频率算法以及双/多阵算法和空时综合算法等,通过对比仿真分析,给出这些算法的优缺点和应用场景。针对实测数据获取方位信息的不确定性,本文改进了传统算法模型,给出了具体的解决算法,仿真改进算法的性能,并进行了实际测试数据分析。基于算法研究结果,利用VS2013实现了目标运动分析系统软件设计。本文首先简要介绍了目标运动分析的研究背景及意义,探索了各类目标运动分析技术的发展历程。在可观测性的基础上,从单基阵的纯方位目标运动分析算法入手,研究了最小二乘算法、基于辅助变量的伪线性算法、广义卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法。并搭建了MATLAB仿真环境,对各算法进行了仿真计算,通过对比试验,验证了纯方位算法在满足一定的可观测条件下对水下目标运动分析的可行性。由于纯方位目标定位算法受制于严格的可观测性要求,所以本文研究了联合多信息的目标运动分析算法,结合目标其他被动特征信息,改善定位性能,包括:基于方位频率的目标运动分析算法、双/多阵的目标运动分析算法和空时综合算法等。通过建立目标运动模型对算法原理进行了深入的研究,并通过仿真验证,为工程人员在实际应用中选择合适的目标运动分析算法提供了依据。在利用海上实测数据完成算法的实践应用过程中,发现实际采集数据存在非等间隔采样的情况,所以本文提出了一种适用于非等间隔采样的优化算法模型,采用实时更新采样间隔的方法解决不完全测量情况下的目标运动分析问题,扩展了目标运动分析算法的应用范围。同时,为了将研究成果同工程应用紧密结合,设计开发了目标运动分析系统软件。根据工程实验需求,该软件平台能够快速建立仿真环境,完成算法性能的仿真,并且能实时处理海上采集的数据,辅助海洋研究人员进行更有效的海域监控管理。本文对二维空间的水声目标运动分析算法进行了多角度、多平台的研究工作,为理论的进一步研究和工程应用打下了坚实可靠的基础。
舒象兰, 孙荣光, 马鑫[2]2015年在《一种改进的纯方位目标运动分析方法研究》文中研究说明本文分析了观测目标初始方位的准确度对纯方位目标运动分析跟踪性能的重要影响。在此基础之上,基于匹配场处理思想提出一种改进的纯方位目标运动分析方法,该方法将目标的初始方位作为待估计量,在目标初始方位可能的空间内进行搜索,构成多个滤波器估计出不同目标初始方位下对应的目标运动参数,并分别推算出目标方位序列作为预测场,根据推算的目标方位序列与实际观测的目标方位序列的匹配性确定目标的实际初始方位,从而实现对目标速度、航向、初始距离、初始方位四要素的完整估计。仿真结果表明,本文方法能够有效提高纯方位目标运动分析方法的跟踪性能。
潘志坚, 阎福旺, 刘孟庵, 王广恩[3]1997年在《纯方位水下目标运动分析方法研究》文中认为本文讨论如何使用目标运动分析方法对水下目标进行纯方位距离估计。纯方位距离估计是目标运动分析领域中难度最大、应用范围最广的一个方面。由于纯方位目标运动分析是一个非线性问题，因此绝大部分基于线性模型的估计方法经多年研究证实很难适用于本问题，特别是在目标方位观测噪声较大的情况下，经典估计方法很难得到无偏的估计结果。本文在使用广义最小二乘法对目标运动要素进行粗略估计的基础上，又使用均匀设计方法对目标运动要素进一步寻优。本文所提供的算法经多次模拟实验验证，在目标方位观测噪声较大的情况下，对远距离目标运动要素的估计仍能做到误差较小且收敛较快。
杜选民, 姚蓝[4]1999年在《多基阵联合的无源纯方位目标运动分析研究》文中进行了进一步梳理研究基于两声呐基阵的方位数据融合的目标运动分析方法，给出了伪线性处理、扩展卡尔曼滤波、最大似然估计等算法的模型，进行了仿真实验，比较和分析了仿真结果。计算结果表明，所给出的多基阵联合的无源纯方位目标运动分析方法，不仅克服了单基阵纯方位目标运动分析需要本舰机动的限制，而且提高了参数估计算法的稳定性和全局性。
李龙[5]2015年在《基于水下战系统的目标运动分析研究与应用》文中研究指明随着现代科学技术的飞速发展,定位技术已广泛应用于航空、航海、交通等民用和军事领域。在现代作战环境下,获得敌方目标的具体位置信息非常重要,不仅有助于了解目标的军事部署,而且可在威胁来临之前消灭目标。水下目标定位是目标定位中很重要的一部分,但由于水下环境复杂,电磁波在水中严重衰减,导致水下目标的定位困难。目前,被动声纳在接收目标辐射噪声时,不但可提取目标方位,而且能获得目标的多普勒频率信息。因此,对基于方位和多普勒频率的水下目标进行定位的研究,具有理论意义和实际工程应用价值。本文主要根据目标方位和多普勒频率信息,提出了两种目标运动分析算法,研究内容如下:首先提出了基于多普勒频率空间优化搜索的目标运动分析算法。针对观测数据中可能出现异常数据的问题,对方位序列信息作预处理,可减少结果误差。在多普勒频率空间里,传统的搜索匹配算法由于搜索精度的不确定性,导致算法结果收敛缓慢或者计算效率降低。本文将滤波方程从非线性领域映射为形式简洁的线性领域,在对多普勒频率匹配时,将对搜索元素的目标函数最佳估计问题转化成一个多峰值非线性的优化问题,给出了一种全局搜索与局部搜索相结合的优化匹配算法。该算法通过全局搜索确定重点区域,提高搜索元素的精度,局部搜索重点区域使目标函数最佳。实验表明,该算法提高了目标参数的精度。然后研究了基于多普勒频率的自适应卡尔曼滤波目标运动分析算法。此算法解决了第一个算法无法去除噪声的问题,同时第一个算法可为其提供滤波初值,避免了初值对滤波的影响。根据目标的状态方程和测量方程,设计了基于方位与多普勒频率的卡尔曼滤波方程。在被动工作状态下,使用卡尔曼滤波算法对目标进行跟踪时,会发生结果发散、收敛速度缓慢和收敛精度低等现象。该算法实时更新估计过程噪声和测量噪声的统计特性,对观测模型线性化引起的误差进行动态补偿。实验表明,该算法降低了由观测误差引起的不良影响,提高了结果精度。最后将本文提出的两种目标运动分析算法应用于水下作战系统。设计了潜艇的作战流程,主要包含了对目标的探测、跟踪、数据处理、威胁评估、目标运动参数分析以及对敌实施鱼雷攻击等功能。仿真结果表明采用本文所提的目标运动分析算法提高了鱼雷命中目标的概率。
詹艳梅[6]2001年在《纯方位目标运动分析方法研究》文中提出被动式纯方位目标运动分析（BO-TMA）是一种从探测器所观测到的加噪方位信息中估计目标运动要素的方法。其算法比较简单，运算量较小，因而在航海、航空等领域中得到了广泛的应用。本文在现有研究成果的基础上，对二维的BO-TMA系统的可观测性进行了讨论，研究了单基阵测量定位和多基阵测量定位的定位方法、定位算法及算法的估计性能，并进行了仿真计算，为纯方位被动定位系统的设计提供了一定的理论依据。 论文针对在研究过程中所出现的问题和解决方法进行了以下研究： 1．首先对二维平面中的运动目标建立了数学模型，用非线性系统理论对目标的可观测性进行了讨论，并给出系统可观测的充要条件以保证对目标跟踪定位的唯一性。 2．对一特殊的本舰—目标运动模型，使用传统的最大似然估计法、伪线性最小二乘法及非线性辅助变量法进行了BO-TMA方法研究，并分析比较了各估计方法的性能。 3．研究了卡尔曼滤波法在BO-TMA的应用。论文中讨论了叁种卡尔曼滤波定位方法，即广义卡尔曼滤波法、伪线性卡尔曼滤波法和修正极坐标中的卡尔曼滤波法。针对这叁种不同的方法分别对系统建立了适当的数学模型，并给出相应的滤波方程，从理论上分析了各方法的估计性能。 4．提出一种自适应加权和卡尔曼滤波相结合的BO-TMA新方法。论文中利用贝叶斯估计理论对这一算法进行了详细的推导，并给出了算法的结构框图，分析了算法的特点和在工程中的实用性。 5．研究了双基阵测量定位方法。首先给出了双基阵BO-TMA的数据融合模型，讨论了双基阵测量定位的可观测性，在系统可观测的条件下，讨论了双基阵联合测量的最大似然估计法和卡尔曼滤波算法。
李峥, 李宇, 黄勇, 黄海宁[7]2012年在《水下目标自主连续跟踪与定位算法研究》文中认为针对水下无人航行器进行纯方位目标运动分析时难以获取精确稳定的目标方位的情况,研究了实时有效的方位预处理方法。针对水下环境噪声起伏变化的特点,采用自动阈值检测和抛物线波束内插方法获取精确的目标方位;提出了一种预置跟踪算法实现对目标方位的连续检测跟踪,克服了方位历程中可能出现的野值和漏检现象,确保基于修正极坐标的扩展卡尔曼滤波算法(modified polar extended Kalman filter,MPEKF)正常工作。试验结果表明,该方法能够对移动目标进行运动分析,正确获取目标距离、速度信息,误差较小,具有很高的工程价值和军事应用前景。
李洪瑞[8]2009年在《水下目标运动分析关键技术研究》文中研究指明目标运动分析(Target Motion Analysis, TMA)问题起源于水声被动传感器观测系统,其基本问题是用测量的目标方位求解目标位置和运动参数,特点是非线性以及系统可观测性依赖观测器平台机动。自被提出以来,TMA问题吸引了众多工程技术人员的关注和各国政府机构的重视。尽管TMA已经取得很多研究进展和成果,但在理论上仍然不够完善,现有成果也不能完全满足工程实际要求。本文主要研究了TMA可观测性、TMA算法(包括机动TMA)、观测器平台最优轨迹等关键技术,主要内容如下：1)通过线性化测量方程,详细推导了纯方位系统可观测判断的Gram矩阵行列式的解析表达式,证明了系统可观测的(仅与方位有关的)充分必要条件,即仅使用方位、无需求导和求解目标相对位置与运动参数的纯方位判断准则,并利用此准则得到了用于目标机动检测的一个判断条件。对纯方位系统的不可观测性进行了分析,得出系统不可观测的另一个充分必要条件是方位观测β(t)存在等效的匀速直线运动观测轨迹。2)详细推导了纯方位系统TMA四维状态的非线性最小二乘算法的迭代公式,分析了非线性最小二乘模型、线性最小二乘模型可解的充分必要条件,以及非线性最小二乘模型与极大似然模型的等价条件。3)利用观测器、目标运动的几何关系和假想方位,提出一种求解目标当前距离的新算法,进而在此基础上建立了先距离后速度航向的两步TMA模型；分析了两步TMA模型目标运动参数解的存在唯一性,获得了目标运动参数有唯一解的充分必要条件。4)分析了距离误差,提出了降低距离误差的观测器最优机动方案。应用变分法和极值原理,求出了观测器最优机动轨迹的解析表达式,提出了一种简化的便于应用的次优机动方案,并得到了次优观测轨迹的解析表达式。研究了以Gram矩阵、费歇尔信息矩阵(Fisher Information Matrix, FIM)行列式最大为指标的最优观测轨迹问题,得到了以Gram矩阵、FIM行列式增量最大(两种)指标条件下最优轨迹方程。5)在无需观测器平台机动(即匀速直线运动)条件下,仅依据测量的方位,利用灵敏度函数得到了分段等速直线运动(折线)目标的机动(时间)识别算法;研究了在观测器平台进行有效机动情况下,分段等速直线运动目标的机动跟踪问题,给出了参数与状态的综合识别的迭代算法。6)用运动方程由右端分段连续可微的微分方程描述了一类观测系统及其状态和参数估计问题,并在正态测量误差条件下,建立了估计的极大似然模型,给出了参数识别的迭代算法和费歇尔信息矩阵的计算公式。这种模型也可以应用于分段直线、圆弧、等加速度等运动目标的跟踪。
徐鹏, 郭良浩, 闫超, 周明阳[9]2018年在《方位和径向速度联合的浅海目标运动分析方法》文中指出提出了一种利用目标方位和径向速度联合的浅海目标运动分析方法。该方法克服了传统纯方位目标运动分析方法要求观测站机动的局限性。将浅海传播条件下径向速度的宽带和窄带估计结果与目标方位相结合,利用卡尔曼滤波原理得到了一种目标跟踪定位方法。仿真结果表明,在观测站非机动和低信噪比情况下,该方法利用单个观测站即能够对宽带或窄带的运动目标进行准确地跟踪定位。利用1996年5月的实验数据对算法性能进行了验证,估计结果与真实目标距离符合较好,距离跟踪误差在10%以内。
张安民[10]2002年在《纯方位目标运动分析与鱼雷智能导引律研究》文中认为导引问题是鱼雷对目标实施有效攻击的核心，准确获得目标运动要素又是完成鱼雷导引的前提，进行目标运动要素的解算和鱼雷导引律的研究，对鱼雷完成其战术使命具有深远的意义。本文分别将观测平台、鱼雷、目标作为研究对象，利用最大似然估计和卡尔曼滤波的纯方位目标运动分析方法，在获得目标的精确运动要素后，利用人工智能技术处理非线性问题的优点，研究了基于遗传算法和神经网络技术的鱼雷垂直命中导引律，解决了鱼雷对目标的有效攻击问题。其主要研究成果和创新点如下： 1、纯方位目标运动分析可测性研究 (1) 从经典理论入手，获得了显式表达的纯方位目标运动分析可测性准则，通过一系列代数运算，证明了所提出的可测性准则与Nardone和Aidala的准则具有相似性。 (2) 利用外代数理论对所提出的可测性准则的特性进行了研究，并给出了准则的应用实例。 2、纯方位目标运动分析研究 (1) 系统深入地研究了基于批处理的最大似然估计的纯方位目标运动分析问题。在二维单观测平台目标运动分析的基础上，研究了二维两观测平台和叁维单观测平台的目标运动分析，从工程实际入手，进行了相应的仿真试验研究，对影响算法的各种因素进行了全面的分析和研究。 (2) 在极坐标系下对直角坐标系下的扩展卡尔曼滤波的纯方位目标运动分析递归算法进行了改进。分别在目标不规避和目标发生规避两种情形下，进行了相应的仿真试验研究。提出了基于多水听器的分布式Kalman滤波融合的目标运动分析算法。 (3) 设计了纯方位目标运动分析系统，并且初步进行了系统的软件编制，给出了系统的基本界面。 3、多观测平台纯方位目标运动分析研究 (1) 在直角坐标系下建立了多观测平台纯方位目标运动分析的数学模型，研究了多观测平台纯方位目标运动分析中测量值的确定问题。 (2) 在目标机动和非机动两种情况下，详细研究了多观测平台阵列的纯方位目标运动分析可测性问题。利用外代数基本理论，得到了判定单观测平台和多观测平台纯方位目标运动分析系统可测性的定理，并对定理进行了详细的分析。 (3) 详细研究了两观测平台纯方位目标运动分析的性能。分别在观测平台与目标之间的相对距离为恒定值、相对距离和目标方位角为线性变化以及相对距离和目标方位角为任意变化叁种情形下定性地研究了描述状态估计性能的状态估计方差，得到了状态估计方差的解析表示，并且在特定的目标方位角下对状态估计方差的表达式进行了相应的简化。 (4) 在两观测平台研究的基础上，研究了两个以上观测平台阵列的纯方位目 两北工业大学博士学位论文一标运动分析问题。通过将两观测平台目标运动分析中Fisher信息阵的表示直接扩展到两个以上观测平台阵列的目标运动分析中，同样得到了描述状态估计性能的状态估计方差的解析表示，并且与Weinstein在极坐标系下短积分时间内得到的结论进行了比较，研究表明，在长积分时间内得到的结论与Weinstein的结论是一致的。 4、基于遗传算法的鱼雷垂直命中导引律研究 门）系统全面地研究了目前出现的鱼雷线导导引的典型算法，分别给出了算法的基本数学模型，并且得到了导引算法的解析表达。 （二）归纳总结了现有的鱼雷声自导导引算法和尾流自导导引算法。对各种自导导引算法的原理、特性进行了系统深入地研究，并且对声自导导引算法之间的关系进行了比较。 （3）提出了一种基于遗传算法的逐次变提前角自导导引算法，并且进行了相应的仿郎验研究。 5、基于神经网络的鱼雷垂直命中导引律研究 门）系统全面地研究了神经网络鱼雷垂直命中导引理论。结合神经网络的特性以及鱼雷垂直命中导引的特点，研究了将神经网络理论用于鱼雷垂直命中导引的可行性及优势。 （2）进行了一种神经网络垂直命中导引算法的方案设计。结合具体问题，给出了导引算法的数学模型，并对网络拓扑结构进行了研究。 臼）在最优控制导引算法的基础上，对提出的神经网络导引算法进行了仿真研究。仿真结果表明，提出的基于神经网络的垂直命中导引算法和最忧控制导引算法具有相似的弹道的性质。由于它不需要导引问题的精确数学模型，因此，具有很好的工程实用前景。 研究结果表明，本文提出的纯方位目标运动分析算法和鱼雷智能导引算法具有很好的工程前景，对鱼雷实现对目标的有效攻击必将产生深远的影响。
参考文献：
[1]. 水声目标运动分析算法的研究与实现[D]. 梁婧宇. 电子科技大学. 2017
[2]. 一种改进的纯方位目标运动分析方法研究[J]. 舒象兰, 孙荣光, 马鑫. 舰船科学技术. 2015
[3]. 纯方位水下目标运动分析方法研究[J]. 潘志坚, 阎福旺, 刘孟庵, 王广恩. 声学学报. 1997
[4]. 多基阵联合的无源纯方位目标运动分析研究[J]. 杜选民, 姚蓝. 声学学报. 1999
[5]. 基于水下战系统的目标运动分析研究与应用[D]. 李龙. 南京航空航天大学. 2015
[6]. 纯方位目标运动分析方法研究[D]. 詹艳梅. 西北工业大学. 2001
[7]. 水下目标自主连续跟踪与定位算法研究[J]. 李峥, 李宇, 黄勇, 黄海宁. 仪器仪表学报. 2012
[8]. 水下目标运动分析关键技术研究[D]. 李洪瑞. 南京理工大学. 2009
[9]. 方位和径向速度联合的浅海目标运动分析方法[J]. 徐鹏, 郭良浩, 闫超, 周明阳. 声学学报. 2018
[10]. 纯方位目标运动分析与鱼雷智能导引律研究[D]. 张安民. 西北工业大学. 2002