第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件

多目標(biāo)跟蹤原理多目標(biāo)跟蹤原理1多目標(biāo)跟蹤原理多目標(biāo)跟蹤原理2多目標(biāo)跟蹤基本概念點(diǎn)跡 單次（某一時(shí)刻）目標(biāo)的觀測(cè)（距離、速度、角度、幅度等）航跡 對(duì)應(yīng)于某一目標(biāo)的觀測(cè)集合所估計(jì)的目標(biāo)軌跡和狀態(tài)多目標(biāo)跟蹤基本概念點(diǎn)跡3目標(biāo)跟蹤的困難目標(biāo)觀測(cè)起源的不確定性目標(biāo)觀測(cè)信息的不精確性目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式的不確定性目標(biāo)跟蹤的困難目標(biāo)觀測(cè)起源的不確定性4跟蹤濾波跟蹤濾波估計(jì)Alpha-BetaKalman跟蹤濾波跟蹤濾波估計(jì)5目標(biāo)模型CVCACTIMM目標(biāo)模型CV6跟蹤坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系極坐標(biāo)系球坐標(biāo)系其它跟蹤坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系7數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)最近鄰JPDAMHT數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)最近鄰8起始與終結(jié)邏輯法記分法特征法起始與終結(jié)邏輯法9航跡管理新建航跡刪除航跡航跡索引動(dòng)態(tài)管理靜態(tài)管理航跡管理新建航跡10航跡管理方法用第一掃描中得到的測(cè)量作為航跡頭建立門(mén)限，用速度法建立初始相關(guān)波門(mén)，對(duì)第二次掃描有測(cè)量落入初始相關(guān)波門(mén)的航跡頭均建立暫時(shí)航跡；對(duì)每個(gè)暫時(shí)航跡（由兩次測(cè)量組成）直線外推，以外推點(diǎn)為中心，后續(xù)相關(guān)波門(mén)的大小由航跡外推誤差協(xié)方差確定；第三次掃描測(cè)量落入后續(xù)相關(guān)波門(mén)離外推點(diǎn)最近者給予互聯(lián)；若后續(xù)相關(guān)波門(mén)沒(méi)有測(cè)量，則撤銷(xiāo)此可能航跡，或用加速度限制的擴(kuò)大相關(guān)波門(mén)考察第三次掃描測(cè)量是否落入其中；繼續(xù)上述步驟，直到形成穩(wěn)定的航跡，航跡起始才算完成；在歷次掃描中，未與任何航跡互聯(lián)的那些測(cè)量（稱自由測(cè)量或孤立點(diǎn)跡）作為新的航跡頭，轉(zhuǎn)步驟1操作。航跡管理方法用第一掃描中得到的測(cè)量作為航跡頭建立門(mén)限，用速度11遞推實(shí)現(xiàn)流程遞推實(shí)現(xiàn)流程12第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件13第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件14地波超視距跟蹤特殊性數(shù)據(jù)率低：為了獲得足夠的信噪比以及多普勒分辨能力，高頻地波超視距雷達(dá)積累周期往往長(zhǎng)達(dá)幾十秒甚至幾百秒。如此之低的數(shù)據(jù)率，常規(guī)雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)難以接受，其間目標(biāo)的位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)會(huì)有很大的變化，這給跟蹤預(yù)測(cè)帶來(lái)很大的不確定性。檢測(cè)概率低：由于遠(yuǎn)距離傳播衰減，目標(biāo)回波信號(hào)幅度較小；強(qiáng)雜波（海雜波、電離層雜波等）和干擾（電臺(tái)干擾、沖擊干擾等）的存在，目標(biāo)回波信號(hào)經(jīng)常被掩蓋；再加上高頻段目標(biāo)散射面積隨姿態(tài)的變化敏感；使得高頻地波雷達(dá)檢測(cè)概率很低，有時(shí)甚至連續(xù)多個(gè)周期不能檢測(cè)到目標(biāo)信號(hào)。觀測(cè)精度低：高頻雷達(dá)距離分辨通常在幾公里以上，方位分辨則在幾度以上，這導(dǎo)致雷達(dá)對(duì)目標(biāo)位置的估值精度很低，特別是遠(yuǎn)距離目標(biāo)，觀測(cè)位置可能偏離目標(biāo)真實(shí)位置十幾公里。另外，雷達(dá)在對(duì)抗雜波及干擾時(shí)，經(jīng)常會(huì)破壞期望信號(hào)的信息，導(dǎo)致估值誤差的加大，甚至使目標(biāo)參數(shù)估計(jì)出現(xiàn)野值。雜波密集：要在低信噪比下獲得足夠的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)能力，必然導(dǎo)致虛假觀測(cè)的增加；雜波和干擾經(jīng)常會(huì)誤檢為目標(biāo)，另外在對(duì)抗雜波和干擾時(shí)也會(huì)導(dǎo)致虛假目標(biāo)的出現(xiàn)。地波超視距跟蹤特殊性數(shù)據(jù)率低：為了獲得足夠的信噪比以及多普勒15地波超視距跟蹤特殊性真實(shí)航跡的形成和維持能力不足，特別是在信噪比較低干擾較嚴(yán)重的遠(yuǎn)距離范圍，很難及時(shí)可靠地發(fā)現(xiàn)和穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)；航跡參數(shù)的估計(jì)精度較低，在點(diǎn)跡精度較差、常有野值觀測(cè)干擾的情況下，傳統(tǒng)濾波估計(jì)算法很難獲得滿意的估計(jì)精度；虛假航跡出現(xiàn)的概率較高，受密集雜波的干擾，虛假航跡時(shí)有出現(xiàn)，嚴(yán)重影響使用者對(duì)監(jiān)測(cè)態(tài)勢(shì)的判斷。

地波超視距跟蹤特殊性真實(shí)航跡的形成和維持能力不足，特別是在信16仿真評(píng)價(jià)方法蒙特卡洛仿真方法MonteCarlo仿真方法是通過(guò)大量的計(jì)算機(jī)模擬來(lái)檢驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性并歸納出統(tǒng)計(jì)結(jié)果的一種隨機(jī)分析方法。用數(shù)學(xué)方法模擬真實(shí)物力環(huán)境，并驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性與可行性。主要包括隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生、MonteCarlo仿真設(shè)計(jì)以及結(jié)果解釋等。MonteCarlo仿真設(shè)計(jì)的基本原則是，在比較兩種方法的性能時(shí)，應(yīng)盡可能的保證相同的實(shí)驗(yàn)條件，即保證相同的仿真序列和相同的隨機(jī)量測(cè)誤差。另外還應(yīng)保證試驗(yàn)的可重復(fù)性，以使感興趣或異常的結(jié)果能夠被詳細(xì)檢查出來(lái)而不需要重復(fù)整個(gè)仿真試驗(yàn)?？赏ㄟ^(guò)將仿真數(shù)據(jù)及結(jié)果打印或?qū)懕P(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。濾波精度關(guān)聯(lián)正確與錯(cuò)誤表征仿真評(píng)價(jià)方法蒙特卡洛仿真方法17跟蹤評(píng)價(jià)指標(biāo)濾波精度均方根誤差(RMSE)/標(biāo)準(zhǔn)偏差“誤差”的“平方”的“平均”的“二次根”有限觀測(cè)次數(shù)、真值未知跟蹤評(píng)價(jià)指標(biāo)濾波精度均方根誤差(RMSE)/標(biāo)準(zhǔn)偏差有限觀測(cè)18跟蹤評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)概率目標(biāo)正確跟蹤百分比如果一個(gè)目標(biāo)某個(gè)周期的真實(shí)位置與估計(jì)位置之間的距離不超過(guò)目標(biāo)一個(gè)周期之內(nèi)最大可能運(yùn)動(dòng)距離，我們則認(rèn)為目標(biāo)被正確跟蹤。定義一個(gè)二進(jìn)制序列表征目標(biāo)的跟蹤狀態(tài)。如果某個(gè)周期存在一條目標(biāo)真實(shí)航跡，序列對(duì)應(yīng)位置則為1；如果沒(méi)有真實(shí)航跡，對(duì)應(yīng)位置則為0。每個(gè)周期目標(biāo)。正確跟蹤百分比通過(guò)對(duì)各次蒙特卡洛仿真上述二進(jìn)制序列統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)。目標(biāo)正確跟蹤百分比的時(shí)間平均，將能提供目標(biāo)被正確跟蹤的時(shí)間分?jǐn)?shù)，從而表征航跡的連續(xù)性。單位時(shí)間虛假航跡數(shù)與正確跟蹤定義相反，所有那些既不是與正確目標(biāo)觀測(cè)關(guān)聯(lián)又不滿足上面條件的確認(rèn)航跡則被稱為虛假航跡。

目標(biāo)正確跟蹤百分比越高，單位時(shí)間虛假航跡數(shù)越少，表明跟蹤器性能越好。

跟蹤評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)概率目標(biāo)正確跟蹤百分比19目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬輸入是什么？仿真什么樣的模型輸出是什么？最終形成什么數(shù)據(jù)目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬輸入是什么？20目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬常速運(yùn)動(dòng)模型(CV)模型：x=x0+vx*ty=y0+vy*t輸入：x0y0vxvy輸出：(r,a)=f(x,y)(zr,za)=(r,a)+rand()目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬常速運(yùn)動(dòng)模型(CV)21目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬常加速運(yùn)動(dòng)模型(CA)模型：x=x0+vx*t+?*ax*t*ty=y0+vy*t+?*ay*t*t輸入：X0,y0vx,vyax,ay輸出：(r,a)=f(x,y)(zr,za)=(r,a)+rand()目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬常加速運(yùn)動(dòng)模型(CA)22目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬圓周運(yùn)動(dòng)模型(CT)模型：x=x0+(v/w)*cos(wt)y=y0+(v/w)*cos(wt)輸入：x0,y0vw輸出：(r,a)=f(x,y)(zr,za)=(r,a)+rand()目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)模擬圓周運(yùn)動(dòng)模型(CT)23數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)分析非合作目標(biāo)真值可獲取運(yùn)動(dòng)不確定合作目標(biāo)真值可獲取運(yùn)動(dòng)確定實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)量要求數(shù)據(jù)選擇分析指標(biāo)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)分析非合作目標(biāo)24仿真實(shí)驗(yàn)示例仿真實(shí)驗(yàn)示例25仿真實(shí)驗(yàn)示例仿真實(shí)驗(yàn)示例26仿真實(shí)驗(yàn)示例仿真實(shí)驗(yàn)示例27仿真實(shí)驗(yàn)示例仿真實(shí)驗(yàn)示例28仿真實(shí)驗(yàn)示例仿真實(shí)驗(yàn)示例29態(tài)勢(shì)顯示簡(jiǎn)介正確實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)的航跡及諸參數(shù)；目標(biāo)航跡點(diǎn)跡與雷達(dá)威力范圍的地圖背景正確重合顯示，直觀表達(dá)目標(biāo)的位置信息；提供興趣目標(biāo)的選取及單獨(dú)重點(diǎn)觀測(cè)手段；可隨時(shí)接入雷達(dá)系統(tǒng)，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)處理輸出的態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)參數(shù)，并且可隨時(shí)退出雷達(dá)系統(tǒng)；以文件形式記錄接收的雷達(dá)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)，提供對(duì)這些文件的檢索手段，可重演已記錄的全部或者部分?jǐn)?shù)據(jù)或者特定目標(biāo)；打印輸出功能。態(tài)勢(shì)顯示簡(jiǎn)介正確實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)的航跡及諸參數(shù)；30第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件31第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件32第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件33第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件34第2講雷達(dá)數(shù)據(jù)處理仿真實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)課件35實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容目的實(shí)踐仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程模擬數(shù)據(jù)MC仿真實(shí)現(xiàn)結(jié)果分析理解MC仿真思想掌握仿真實(shí)驗(yàn)分析方法實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交新技術(shù)樓808室周共健或新技術(shù)樓807室尚尚。電子版發(fā)送至zhougj@，郵件主題說(shuō)明。實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容目的36實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容內(nèi)容可自選建議內(nèi)容模擬CV目標(biāo)，直角坐標(biāo)觀測(cè)，兩種方法/兩種參數(shù)濾波（濾波方法自選），MC仿真，Matlab編程感興趣者可用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)核心模塊驗(yàn)收方式實(shí)驗(yàn)報(bào)告仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ɡ碚摚┓抡鎸?shí)驗(yàn)流程（實(shí)現(xiàn)）仿真實(shí)驗(yàn)分析及總結(jié)（成果）附核心模塊代碼或所有實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容內(nèi)容3