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原文传递基于水下无人移动平台的多目标被动跟踪技术研究

论文题名：	基于水下无人移动平台的多目标被动跟踪技术研究
关键词：	无入水下潜航器;多目标被动跟踪;多目标贝叶斯批平滑;方位频率联合跟踪
摘要：	以无入水下潜航器(UnmannedUnderwaterVehicle，简记为UUV)作为载体平台搭载被动声呐对水下目标进行探测具有隐蔽性强、机动灵活和效费比高等优点。然而，在实际环境中，UUV平台被动声呐受平台自噪声和基阵孔径受限等多种因素影响，使得UUV平台被动声呐探测往往呈现出检测概率低、目标分辨率差等诸多不利特性。上述不利特性给以被动声呐探测结果为输入的多目标跟踪带来不小的困难与挑战。本文针对UUV平台多目标被动跟踪面临的实际困难，结合UUV平台被动声呐探测结果的特性，重点对UUV平台多目标被动跟踪中的一些关键技术进行深入研究。　　针对UUV平台被动声呐探测结果在低SNR且低虚警概率约束场景中易出现漏检，进而导致导致广义标签多伯努利(GeneralizedLabeledMulti-Bernoulli，简记为GLMB)滤波器等多目标跟踪器出现目标数估计不准确的问题，提出一种基于GLMB批平滑处理的多目标跟踪方法。所提GLMB批处理平滑器的基本思想是融合多个观测时刻的量测信息以减小目标数估计误差，其基于一种易于实现的多目标批平滑处理框架，该框架以多目标伪似然函数和多目标滤波密度为输入，基于贝叶斯原理输出多目标平滑密度。利用一种简化的多目标转移密度和标准多目标似然函数给出了多目标伪似然函数的闭式解，同时基于其闭式解给出所提GLMB批处理平滑器的闭式解。在目标方位互相远离的低检测概率场景中，本文GLMB批处理平滑器可有效提升目标数估计的准确度。通过仿真实验对所提算法的有效性进行了验证。　　针对UUV平台被动声呐有限的方位分辨能力在功率不同目标的方位交叉场景中，易使得多目标跟踪器出现航迹间断的问题，提出了一种基于功率加权的有限分辨率多目标方位跟踪方法。通过理论分析得出未分辨方位量测均值可以视为未分辨目标方位的线性加权值，且权值正比于目标功率。以此为基础，提出一种以功率线性加权估计为基础的有限分辨率多目标似然函数。根据所提目标似然函数和边缘标签多伯努利(MarginalizedGeneralizedLabeledMulti-Bernoulli，简记为MGLMB)分布，利用多目标贝叶斯预测和更新以及保持多目标一阶矩和势分布不变的变换给出本章所提有限分辨率MGLMB滤波器，即MGLMB-M滤波器。所提MGLMB-M滤波器能在UUV被动声呐阵列方位分辨能力有限的条件下，显著降低多目标跟踪器输出在功率不同目标的方位交叉场景中出现航迹间断的概率。通过仿真实验及湖上试验对所提算法的有效性进行了验证。　　针对UUV平台被动声呐在低SNR且方位历程交叉目标功率不同的场景中，目标功率估值较低的准确度导致只依赖于目标方位和功率估值的多目标跟踪器的航迹估计出现间断的问题，提出了一种基于目标方位和频率联合估计的多目标方位跟踪方法，即GLMB-MB滤波器。所提方法将目标线谱频率构建于多目标扩展状态之中，同时建立与之对应的多目标转移密度和似然函数，通过多目标扩展状态的贝叶斯递归滤波实现基于目标方位和频率联合信息多目标方位的跟踪。在低SNR且方位历程交叉目标功率不同场景中，所提多目标跟踪方法可利用目标线谱频率信息提升目标分辨与否正确判断的概率，进而降低UUV平台被动声呐多目标跟踪器输出航迹间断的概率。通过仿真实验对所提方法的有效性进行验证。
作者：	李泉锐
专业：	信息与通信工程
导师：	梁国龙
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2021