目標(biāo)跟蹤與數(shù)據(jù)融合理論及方法

前言

　　目標(biāo)定位與跟蹤是依據(jù)最佳估計(jì)原理，采用數(shù)字濾波的計(jì)算方法，對傳感器接收到的量測進(jìn)行處理，估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素的數(shù)據(jù)處理過程。《目標(biāo)跟蹤與數(shù)據(jù)融合理論及方法》是作者在密切跟蹤該領(lǐng)域技術(shù)研究成果的基礎(chǔ)上總結(jié)而成，較為全面、系統(tǒng)地介紹了目標(biāo)跟蹤及數(shù)據(jù)融合理論與最新研究成果，以期為讀者進(jìn)一步學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用打下基礎(chǔ)?！　∪珪卜?章，第1章緒論，介紹了目標(biāo)定位與跟蹤的目的、意義、基本概念和基本原理，以便讀者對全書概貌有所了解。第2章介紹目標(biāo)定位的概念、方法和定位誤差的度量。第3章介紹了目標(biāo)跟蹤的基本方法，以卡爾曼濾波為主線，介紹了目標(biāo)跟蹤算法實(shí)現(xiàn)的基本原理和步驟。第4章介紹了機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤典型算法，從模型的不確定性出發(fā)，根據(jù)自適應(yīng)濾波思想，介紹了機(jī)動(dòng)檢測自適應(yīng)、參數(shù)辨識自適應(yīng)和“全面”自適應(yīng)機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法。第5章介紹了基于純方位的單站目標(biāo)跟蹤問題。在分析單站純方位定位可觀測性的基礎(chǔ)上，介紹水下目標(biāo)被動(dòng)跟蹤算法以及平臺(tái)的航路機(jī)動(dòng)優(yōu)化方法。第6章是介紹目標(biāo)跟蹤中的多傳感器數(shù)據(jù)融合，圍繞目標(biāo)跟蹤中的多傳感器數(shù)據(jù)融合理論及其應(yīng)用，介紹了多傳感器數(shù)據(jù)融合的基本概念、功能模型和結(jié)構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)多傳感器多目標(biāo)跟蹤。第7章是目標(biāo)跟蹤算法的仿真與驗(yàn)證問題，描述了采用解析法和蒙特卡洛仿真方式檢驗(yàn)跟蹤算法的相關(guān)模型和實(shí)現(xiàn)過程。

內(nèi)容概要

本書介紹了目標(biāo)定位與跟蹤的目的、意義、基本概念和基本原理；目標(biāo)定位的概念、方法和定位誤差的度量；目標(biāo)跟蹤的基本方法；機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤典型算法；基于純方位的單站目標(biāo)跟蹤問題；水下目標(biāo)被動(dòng)跟蹤算法以及平臺(tái)的航路機(jī)動(dòng)優(yōu)化方法；目標(biāo)跟蹤中的多傳感器數(shù)據(jù)融合；目標(biāo)跟蹤算法的仿真與驗(yàn)證問題等。    本書適合相關(guān)領(lǐng)域的研究人員和工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)研究生教材。

書籍目錄

第1章 緒論  1.1 引言  1.2 基本原理  1.3 內(nèi)容組織第2章 目標(biāo)定位  2.1 概述  2.2 坐標(biāo)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換    2.2.1 地球橢球知識    2.2.2 常用坐標(biāo)系    2.2.3 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系及計(jì)算  2.3 定位誤差的度量    2.3.1 三維正態(tài)分布    2.3.2 等概率密度橢球（誤差橢球）    2.3.3 落入誤差球的概率    2.3.4 球概率誤差及圓概率誤差  2.4 空間定位方法及誤差分析    2.4.1 單站球坐標(biāo)測量定位系統(tǒng)    2.4.2 多站斜距離測量定位系統(tǒng)    2.4.3 動(dòng)目標(biāo)定位的平滑第3章 目標(biāo)跟蹤基本方法  3.1 概述  3.2 坐標(biāo)系的選擇    3.2.1 極坐標(biāo)系    3.2.2 直角坐標(biāo)系  3.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理    3.3.1 野點(diǎn)剔除    3.3.2 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)  3.4 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型    3.4.1 微分多項(xiàng)式模型    3.4.2 cV和cA模型    3.4.3 辛格模型    3.4.4 半馬爾科夫模型    3.4.5 機(jī)動(dòng)目標(biāo)“當(dāng)前”模型    3.4.6 二維轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)模型    3.4.7 三維模型    3.4.8 比例導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)模型  3.5 量測模型    3.5.1 傳感器球坐標(biāo)模型    3.5.2 傳感器直角坐標(biāo)模型    3.5.3 兩種測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差分析  3.6 基本的目標(biāo)跟蹤濾波方法    3.6.1 基于圓周運(yùn)動(dòng)模型的卡爾曼濾波算法    3.6.2 基于比例導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)的卡爾曼濾波算法第4章 機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法  4.1 機(jī)動(dòng)檢測自適應(yīng)濾波    4.1.1 機(jī)動(dòng)檢測方法    4.1.2 實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)檢測自適應(yīng)濾波的各種方法    4.1.3 變維濾波算法  4.2 實(shí)時(shí)辨識自適應(yīng)濾波    4.2.1 噪聲統(tǒng)計(jì)特性的極大似然估計(jì)    4.2.2 噪聲均值與協(xié)方差時(shí)變時(shí)的自適應(yīng)濾波算法    4.2.3 輸入估計(jì)法  4.3 “全面”自適應(yīng)濾波    4.3.1 MM算法的一般描述    4.3.2 濾波器重新初始化和IMM算法  4.4 基于彈道特性的高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法    4.4.1 高速機(jī)動(dòng)反艦導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)建模    4.4.2 基于參數(shù)辨識模型的機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法    4.4.3 基于彈道規(guī)律的機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法第5章 基于純方位的水下目標(biāo)被動(dòng)跟蹤方法  5.1 概述    5.1.1 可觀測性研究狀況    5.1.2 定位與跟蹤算法的研究狀況    5.1.3 單站觀測器機(jī)動(dòng)航路優(yōu)化的研究狀況  5.2 單站純方位目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析的可觀測性分析    5.2.1 引言    5.2.2 問題描述    5.2.3 確定性方位測量的圖解分析    5.2.4 系統(tǒng)的可觀測性  5.3 單站純方位目標(biāo)定位與跟蹤算法    5.3.1 系統(tǒng)模型描述    5.3.2 基于輔助變量的偽線性遞推最小二乘估計(jì)算法    5.3.3 近似線性化的兩階段濾波算法  5.4 純方位觀測器平臺(tái)機(jī)動(dòng)航路優(yōu)化    5.4.1 定位與跟蹤誤差的下限    5.4.2 航路優(yōu)化問題的提出    5.4.3 觀測器航路對定位精度的影響    5.4.4 潛艇典型航路的定位精度分析    5.4.5 航路優(yōu)化的方法第6章 基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的目標(biāo)跟蹤方法  6.1 概述    6.1.1 數(shù)據(jù)融合的定義    6.1.2 多源數(shù)據(jù)融合模型    6.1.3 數(shù)據(jù)融合的主要處理內(nèi)容    6.1.4 一個(gè)典型的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)一狀態(tài)融合跟蹤環(huán)  6.2 時(shí)間與空間配準(zhǔn)    6.2.1 問題描述    6.2.2 時(shí)間配準(zhǔn)算法    6.2.3 空間配準(zhǔn)算法  6.3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)    6.3.1 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)舉例    6.3.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)過程    6.3.3 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的一般步驟    6.3.4 典型數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法  6.4 航跡及其融合    6.4.1 基本概念    6.4.2 航跡管理    6.4.3 航跡關(guān)聯(lián)    6.4.4 航跡融合第7章 目標(biāo)跟蹤算法的仿真與驗(yàn)證  7.1 概述  7.2 系統(tǒng)分析法    7.2.1 多項(xiàng)式分析    7.2.2 Riccati方法    7.2.3 Cramer-Rao下界方法  7.3 MonteCarlo仿真設(shè)計(jì)    7.3.1 MonteCarlo仿真方法    7.3.2 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生方法    7.3.3 仿真設(shè)計(jì)與結(jié)果解釋    7.3.4 一些常用的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)  7.4 目標(biāo)跟蹤算法的仿真    7.4.1 引言    7.4.2 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    7.4.3 軟件子模塊設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　眾所周知，火控、指控系統(tǒng)是武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)系統(tǒng)的核心，是武器威力的倍增器，而目標(biāo)定位與跟蹤是火控、指控系統(tǒng)中極為重要的處理模塊?！　≡诨鹂叵到y(tǒng)中，它的總體任務(wù)是根據(jù)作戰(zhàn)指揮命令，利用可獲取的各種戰(zhàn)場信息、數(shù)據(jù)，對目標(biāo)進(jìn)行探測、定位與跟蹤，解算目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素，實(shí)時(shí)提供控制武器發(fā)射所需參數(shù)，控制武器準(zhǔn)確地對目標(biāo)實(shí)施有效打擊或攔截。因此，為了保證較好地完成火控任務(wù)，對目標(biāo)實(shí)施連續(xù)定位、跟蹤，準(zhǔn)確求解目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素是現(xiàn)代火控系統(tǒng)應(yīng)具備重要功能之一，是解算武器射擊控制諸元的基礎(chǔ)。理論和實(shí)踐檢驗(yàn)表明，目標(biāo)跟蹤的效果嚴(yán)重影響火控系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間、射擊精度等戰(zhàn)技指標(biāo)，同火控系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能有密切聯(lián)系。目標(biāo)跟蹤功能模塊已成為現(xiàn)代火控系統(tǒng)功能中的基本功能配置，在海軍多種艦艇火控系統(tǒng)中得到體現(xiàn)?！　≡谥缚叵到y(tǒng)中，目標(biāo)跟蹤是其航跡處理的重要內(nèi)容之一。現(xiàn)代指控系統(tǒng)中的多目標(biāo)航跡管理中，目標(biāo)跟蹤處理包括航跡起始、航跡維持（航跡關(guān)聯(lián)、濾波、預(yù)測、融合）、航跡終結(jié)等處理是實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)航跡管理的核心內(nèi)容，處理的結(jié)果對指揮員提供清晰、統(tǒng)一的戰(zhàn)場態(tài)勢具有重要意義?！　【C上所述，目標(biāo)定位與跟蹤是依據(jù)最佳估計(jì)原理，采用數(shù)字濾波的計(jì)算方法，對傳感器接收到的量測進(jìn)行處理，估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素的數(shù)據(jù)處理過程。量測是指被噪聲污染的有關(guān)目標(biāo)狀態(tài)的傳感器觀測信息，包括斜距離、方位角、高低角以及時(shí)差、多普勒頻率等其他信息。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素一般指目標(biāo)狀態(tài)、航向、舷角等參數(shù)。目標(biāo)狀態(tài)主要是指目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)分量（如位置、速度、加速度等）。通常，也把目標(biāo)定位與跟蹤簡稱為目標(biāo)跟蹤。

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