卡尔曼滤波汇编.doc

目 录 第1章 绪 论 1 1.1课题研究的背景 1 1.2雷达信号检测与目标跟踪 2 1.3雷达目标跟踪的基本方法 3 1.3.1雷达目标跟踪的基本信息 4 1.3.2目标机动模型 5 1.3.3雷达目标跟踪的滤波算法 6 1.3.2.1加权最小二乘滤波 6 1.3.2.2 (((滤波 7 1.4目标跟踪技术有待进一步解决的问题 8 1.4.1卡尔曼滤波的稳定性和准确性 8 1.4.2收敛速度的问题 9 1.4.3滤波过程中的系统偏差的问题 9 1.5课题来源 10 1.6本文的主要工作和结构 11 第2章 卡尔曼滤波理论 12 2.1卡尔曼滤波的基本算法 12 2.2卡尔曼滤波的性质 13 2.3 Kalman滤波算法的发展 14 2.3.1扩展卡尔曼滤波 16 2.3.2二阶滤波 17 2.3.3修正增益的扩展卡尔曼滤波 17 2.3.4自适应扩展卡尔曼滤波 18 2.3.5基于加权测量噪声协方差矩阵的发散抑制方法 18 2.4卡尔曼滤波模型 19 2.5船舶运动目标建模的主要方法 20 2.6卡尔曼滤波算法中线性化的误差 21 2.7卡尔曼滤波的应用意义 22 第3章 改进的卡尔曼滤波算法 24 3.1野值识别与处理 24 3.1.1野值的识别 24 3.1.2野值的处理 25 3.1.3野值处理的仿真分析 26 3.2目标运动模型的建立 27 3.2.1Singer模型中的匀速运动目标的运动模型 27 3.2.2Singer模型中的匀加速运动目标的运动模型 28 3.3坐标转换 28 3.4通过自适应选择状态噪声协方差矩阵Q来提高滤波稳定性的方法 29 3.4.1滤波仿真 31 3.4.1.1状态协方差矩阵对滤波结果的影响 31 3.4.1.2对状态噪声协方差矩阵自适应选择以后的滤波结果仿真 33 3.5双模型并行滤波构造 34 3.5.1滤波构造的设计 35 3.5.2模拟仿真 36 3.5.2.1基础卡尔曼滤波的仿真结果 36 3.5.2.2并行滤波仿真结果 38 4.1简化卡尔曼滤波算法发展现状 40 4.1.1常增益滤波 40 4.1.2状态约减 40 4.1.3分段卡尔曼滤波 40 4.1.4解藕卡尔曼滤波 41 4.2本文简化算法设计方法 41 4.3模拟仿真 44 4.3.1简化算法与未简化算法的精度比较 44 4.3.2 K值组的数量对滤波结果的影响 45 第五章 对卡尔曼滤波的展望 48 结 论 49 参考文献 50 第1章 绪 论 1.1课题研究的背景 　　雷达目标跟踪是整个雷达系统中一个非常关键的环节。跟踪的任务是通过相关和滤波处理建立目标的运动轨迹。雷达系统根据在建立目标轨迹过程中对目标运动状态所作的估计和预测，评估船舶航行的安全态势和机动试操船的安全效果。因此，雷达跟踪环节工作性能的优劣直接影响到雷达系统的安全效能。 在海事安全方面，船舶避碰系统与船舶交通管理系统利用雷达作为水域交通环境的主要观测手段，其系统功能直接地取决于目标跟踪性能。雷达目标跟踪能力对增进船舶航行安全、提高航运效率及保护水域环境具有重要的意义。尤其在港区或水道等目标比较密集的区域，目标机动可能性加大，精确可靠的目标跟踪更具有重要的意义。随着科学技术和航运经济的发展，人们的安全意识和环境意识日益提高，人们对效益更加重视，由此人们也必然会要求系统具备更加精确可靠的目标跟踪性能。 在军用雷达领域中，自从二次世界大战跟踪雷达SCR——28出现后，雷达目标跟踪就逐渐成为一门专门的学科。由于雷达目标定位是雷达目标跟踪中的一个重要环节，这个环节所涉及到的数据是滤波技术中直接影响到滤波准确性的一个很重要的因素，因此雷达中的目标定位对这个雷达跟踪系统的工作性能起着至关重要的作用。军事雷达中目标跟踪方面主要包括对原始侦察数据的预处理、对辐射源位置的估计及对运动辐射源的跟踪[1]。对原始侦察数据的预处理是将测量到的原始数值做一些去偏差的处理，使得原始数据的误差对于跟踪系统最后整个的估计结果的影响降低到最小。对辐射源位置的估计是跟踪中对于目标进行估计的起始的判断，这是雷达定位的起始步骤。对运动辐射源的跟踪既是跟踪滤波的过程，这是雷达跟踪的核心内容，它的作用是对目标运动状态的估计和预测。这三个部分对于整个军用雷达系统的工作性能都有极其重要的影响。 鉴于目标跟踪在增进雷达效能中的重要作用，各国在军用和民用等领域中一直非常重视发展这一雷达技术。机动目标跟踪理论有了很大的发展，尤其是在跟踪算法的研究上，理论更是日趋成熟。在跟踪算法中，主要有线性自回归滤波，两点外推滤波，维纳滤波，加权最小二乘滤波，(((滤波和卡尔曼滤波，其中卡尔曼滤波算法在目标跟踪理论中占据了主导地位。 雷达跟踪需要处理的信息种类多种多样。除了目标的位置信息外，一