毫米波雷达交通目标接续跟踪技术研究与实现

作     者：陈济轩 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张华;彭宇

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：接续跟踪 多目标跟踪 毫米波雷达 航迹互联 航迹融合 

摘      要：城市化水平的提高和车辆数量的不断增加导致现代交通环境变得越来越复杂。在这种背景下,毫米波雷达因其小巧、高精度和全天候工作的特点,被广泛应用于现代交通系统中。然而,由于毫米波雷达的探测距离受限,单个毫米波雷达无法覆盖较长的路段,因此多毫米波雷达系统已成为现代交通领域中的重要研究方向。 毫米波雷达接续跟踪是多雷达系统的一个具体使用场景,是一种利用多个毫米波雷达在路段上对同一目标进行不间断监测和跟踪的技术。这种技术可以全面监测和控制交通系统中的车辆行驶状态,提高安全性和效率。为了实现毫米波雷达系统的交通目标接续跟踪技术,本文主要完成了以下工作: 1)提出基于分段逻辑法的多目标起始算法和自适应滑窗法的航迹质量管理方法。针对雷达在探测远距离的目标时漏检率会增加,导致常用的多目标起始算法的起始率会降低的问题,提出基于分段逻辑法的多目标起始算法。对比分析表明该算法可以有效的提高多目标跟踪的起始率。研究了在简单和复杂交通环境下,不同的航迹互联算法的适用性。仿真结果表明,在简单交通环境下,最近邻域法(NearestNeighbor Standard Filter,NNSF)和概率数据互联(Probability Data Association,PDA)算法性能相当,而在复杂交通环境下,联合概率数据互联(Joint Probability Data Association,JPDA)算法的性能优于PDA和NNSF算法。另外,本文提出了一种自适应滑窗法的航迹质量管理方法。通过与传统航迹质量管理方法进行仿真实验对比,发现自适应滑窗法可以更好地在远距离雷达漏检率升高时维持目标航迹。 2)对比研究了车流密度低、高两种情况下的集中式和分布式接续跟踪结构。在低密度车流条件下,首先需要对交通目标的点迹进行压缩,然后采用集中式接续跟踪结构对压缩后的目标点迹进行跟踪。仿真分析结果表明,针对车流密度较低、雷达所获目标点迹数量较少的情况,采用集中式接续跟踪结构可以实现简单、高效的跟踪。然而,当车流密度较高时,目标点迹的数量增加,采用集中式接续跟踪结构会引起数据中心计算量增大,甚至可能丢失数据帧,因此采用分布式接续跟踪结构。在该结构中,本文着重分析不同的航迹互联和航迹融合算法。仿真分析结果表明,虽然分布式接续跟踪结构的跟踪精度略低,但它对于数据中心的算力要求不高,并且能够同时跟踪更多的目标。 3)设计并开发了一套基于毫米波雷达的交通目标接续跟踪系统。首先实现了毫米波雷达的硬件部分,包括射频处理板和数据处理板。然后,在数据处理板上进行了下位机软件的设计和实现。为了提高系统的实用性和用户友好性,还对上位机软件进行了设计和优化,使得用户能够轻松地进行系统操作、数据管理和结果分析等工作。最后,对该系统进行了多目标跟踪测试和接续跟踪测试,并对采集的数据进行了仿真分析。测试结果表明,该系统具有高实用性、可靠性和稳定性。