基于雷达与ESM的低空目标跟踪技术

作     者：赵梦涛 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐续

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：软件无线电 主被动融合 ESM PMHT 跟踪平台 

摘      要：近几年无人机飞速发展,不仅取得了成功,也产生了安全隐患。为了能够对无人机进行更好地监视和管理,本文开展了无人机跟踪的信号和信息处理研究。基于软件无线电平台与目标跟踪软件,初步形成一套无人机主被动融合跟踪系统。论文首先讨论了主动雷达与电子支援测量(Electronic Warfare Support Measure,ESM)融合在无人机领域的研究进展,为后续采取相应的算法提供了相关依据,并分析和明确了项目需求。本文研究重点为无人机跳频信号的检测分析、多普勒频率参数估计与目标跟踪。传统关联算法中一个量测只允许关联一个目标,其计算复杂度在多目标跟踪中与目标数及量测数呈指数增长。而概率多假设跟踪算法假设一个目标可与多个量测相关联,很好地解决了这一问题。将并行融合模型融入到概率多假设跟踪算法(Probabilistic Multiple Hypothesis Tracking,PMHT)中是本文研究重点之一。本文主要内容为:1、介绍无人机跳频信号模型,着重分析无人机跳频信号相关参数,并通过功率谱对消算法和非相干累加算法进行信号检测。研究短时傅里叶变换、维格纳维利分布(Wigner-Ville Distribution,WVD)、伪维格纳维利分布(Pseudo Wigner-Ville Distribution,PWVD)和平滑伪维格纳维利分布(Smoothed Pseudo Wigner-Ville Distribution)等时频分析方法对跳频信号进行分析,仿真不同时频分析方法对跳频信号进行分析。研究常用的测频方法,对比分析各测频方法对不同调制方式信号的测频性能。2、讨论PMHT算法和并行融合模型。根据主被动传感器量测产生不同,主动传感器包含距离、方位和多普勒量测,被动传感器包含多普勒与方位量测,利用测频得出的多个频率值得出多个多普勒量测。将并行融合模型融入PMHT算法,通过该模型计算出综合量测与综合协方差,再传入扩展卡尔曼滤波器完成跟踪。仿真分析展示了主被动融合PMHT算法的有效性和优越性。3、介绍硬件平台和目标跟踪软件。研究并阐述目标跟踪软件的设计思路与整体框架。设计目标跟踪软件的用户界面、数据结构和文件系统等。目标跟踪软件能够完成仿真场景设置,包含目标、传感器和跟踪器等。同时能够接收外部数据进行目标跟踪。