目录
摘要...................................................................... I Abstract ................................................................... II 第一章绪论.. (1)
1.1 课题研究背景 (1)
1.2 课题研究内容 (1)
1.4 论文的主要研究工作和结构安排 (3)
2.1 演化算法的起源及发展 (5)
2.2 演化算法的特点 (5)
2.3 演化算法的基本原理 (7)
2.4 演化算法的步骤 (9)
红岩精神2.5 演化算法的应用领域 (10)
2.6 本章小结 (11)
第三章雷达信号处理基础 (12)
3.1 雷达信号处理内容与过程 (12)
3.1.1 雷达信号处理内容 (12)
3.1.2 雷达信号处理过程 (13)
3.2 雷达信号处理算法的发展过程和趋势 (14)
3.2.1 雷达数据处理算法的发展过程 (14)
3.2.2 雷达信号处理技术的趋势 (15)
3.3 雷达跟踪滤波器设计基础 (16)
3.3.1 匹配滤波器 (16)
3.3.2 雷达跟踪滤波 (17)
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3.4.1 估计问题的工程实现 (19)
红楼论坛3.4.2 常用的估计方法 (20)
3.5 雷达数据处理中的性能评估 (21)
3.5.1 数据关联的性能评估 (22)
3.5.2 跟踪滤波的性能评估 (22)
3.6 本章小结 (23)
第四章雷达线性演化跟踪滤波器设计 (24)
4.1 建立线性跟踪滤波器方程 (24)
4.1.1 状态方程 (25)
4.1.2 量测方程 (26)
4.2 卡尔曼跟踪滤波器 (27)
4.2.1 建立系统模型 (27)
4.2.2 建立滤波模型 (28)
4.3 线性自适应演化跟踪滤波器设计 (29)
4.3.1 建立二维线性自适应演化跟踪滤波器模型 (30)
4.3.2 建立三维线性自适应演化跟踪滤波器模型 (34)
4.4 本章小结 (37)
第五章雷达非线性演化跟踪滤波器设计 (38)
gamil5.1建立非线性跟踪滤波器模型 (38)
5.2粒子滤波器 (38)
5.2.1 建立粒子滤波器模型 (38)
5.2.2 粒子滤波算法的计算步骤 (39)
5.3 非线性自适应演化跟踪滤波器 (40)
5.3.1非线性自适应演化跟踪滤波器设计 (40)
5.3.2仿真实验分析 (41)
5.4本章小结 (43)
第六章总结和展望 (44)
6.1 总结 (44)
6.2 展望 (44)
参考文献 (45)
第一章绪论
1.1 课题研究背景
随着科技进步，航海、航空、航天事业得到迅猛发展，国与国之间争夺也越来越激烈，现代战争开始由陆地战向电子战和网络战转变，而目标跟踪技术无论在军事防御还是在海上和空中运输指挥中都是占有重要地位，因此，人们越来越重视目标跟踪技术的发展，对它的研究也越来越深。目标探测与跟踪系统的主要工作任务是在复杂的电磁环境中检测目标，并实时估计其运动参数。目标跟踪技术应用在空中交通管理中的作用是探测和跟踪飞机，并通过地面雷达提供的精确的信息来确定飞机的位置，航向及航速参数，以保证飞机安全飞行和高效率的空中交通流，提高空中交通安全性能及其资源的利用率。飞机在航路上，终端区域管制，进场管制，防撞预警，碰撞回避等，目标跟踪系统都起了重要作用。在海岸监视导航系统中，目标跟踪系统为岸基提供来往船只的运动状态，并且顺利完成对狭窄航道和港口的导航。为了避免船只的碰撞和保证船只在低能见度的安全航行，需要有目标跟踪系统为船只提供航行的位置，航向和航速等信息[1]。
跟踪滤波主要任务是通过跟踪滤波算法，更加准确的估计和预测目标状态，因此跟踪滤波算法是目标跟踪的核心部分。从最小二乘法到维纳滤波再到卡尔曼滤波，随着算法的不断改进，雷达跟踪滤波器的设计性能也得到了相应地提高。然而近几年兴起的网络中心战技术的发展，航迹合成与接力跟踪研究受到了广泛的关注。这类算法的研究不仅与融合算法有关，而且还与网络拓扑结构和动力学特征有关。因此，对于目标跟踪的发展，需要我们不断地关注新的理论发展和应用，不断关注交叉学科的发
展。
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演化算法是模拟大自然进化规律且基于种优化的方法，在解决单峰函数优化时显示出它快速寻优的能力，所以广泛地应用于很多学科，在组合优化、信号处理、模式识别、智能控制、生命科学、机器学习等领域中的应用价值越来越被人们重视。雷达信号处理的功能越来越强，算法也越来越来复杂，本文运用演化算法的智能性，并行性，通用性，全局优化等特点对雷达跟踪滤波器设计进行了改进[2]。
1.2 课题研究内容
随着电磁环境的日益复杂，雷达目标的多样性和复杂性对雷达跟踪滤波器的性能提出了很高的要求。传统的跟踪滤波器是在使用之前建立好系统模型，而且需已知扰动噪声和观测噪声这两种噪声的统计特性。然而在实际情况中，两种噪声的统计特性很难准确的获得，尤其是在目标运动的情况下，受外界环境的变化，参数也会随时变化。为了得到扰动噪声和观测噪声的更精确的关联参数，一般是采用在滤波过程中不断修正相关参数值的方法，使下一次估计获得更准确的参数值，更好地发挥滤波性能从而实现抑制滤波发散的效果。
跟踪算法是目标跟踪系统的核心环节，其目的是通过基于目标运动动力学方程和观测
方程的滤波估计算法获得目标位置的精确信息。跟踪问题的复杂性主要来源于观测噪声的非高斯性和点迹与航迹匹配的不确定性。这类不确定性问题主要是来源于传感器工作的电磁环境和检测器本身的虚警和漏警以及目标本身的复杂性。从时间序列角度分析，反映在观测序列的不均匀采样，观测噪声的非高斯，非平稳等。从信号处理的角度分析，雷达检测点迹序列是时空特性极为复杂的非线性信号，它在时域上含有随机噪声，混沌噪声以及起伏突变的目标回波信号，而且在空间上具有非均匀分布特征。从系统角度分析，跟踪系统的复杂性可归结为非线性，不确定性。系统的跟踪性能不仅与跟踪滤波器本身的性能决定，而且还与系统工作模式和电磁环境紧密联系。在目标跟踪算法研究中，运用较多的算法有机动目标跟踪算法，快速跟踪算法以及鲁棒跟踪问题。
本文利用演化算法的特性即个体的适应值演化从而推动体的演化，而与待解问题自身的结构特性无关。因此，基于演化算法的跟踪滤波设计中省去了最为复杂的部分，只需要确定对应的适应性评价函数而不需更改算法的其它结构。同时，演化算法能在不同的环境中运行而且能取得较好的结果，实现效率与效益的平衡。
1.3 跟踪滤波技术的历史过程与发展聚甲醛
第二次世界大战后，雷达技术得到了进一步的发展和完善，已广泛应用于地面，海上，空中和太空。然而，随着雷达信号面对各方面应用需求的不断增多及雷达工作环境的日益复杂，需要通过研究雷达
信号处理中的先进技术的方式增强从接收脉冲中获得目标信息的能力。其中研究的内容包括目标检测技术、目标特征信息提取和识别技术、信号处理系统设计技术等。五十年代，抑制杂波的时域滤波的出现和对复杂信号的匹配滤波的实现，其主要包括：微波雷达，单脉冲雷达，脉冲雷达，合成孔径雷达，气象观测雷达和机载脉冲多普勒雷达．六十年代，有源干扰的空域滤波的成功研制，并提出了对变化环境的自适应滤波的思想，标志着以第一部电扫相控阵天线和后期数字处理的开始。直到八十年代，微处理器技术的快速发展，雷达信号处理成功地由模拟技术转化为数字技术[3]。
早期的雷达数据处理[4] [5]是采用高斯最小二乘法处理，优点是技术简单，且不必考虑观测噪声的统计特性。20世纪30年代，提出在概率论和随机过程基础上的建立现代滤波理论。20世纪50年代中期以来，Wax第一次提出多目标跟踪概念之后，目标跟踪技术在理论和工程应用等方面实现了快速的发展，而且现在已成功地运用到了军用和民用领域。20世纪60年代，在非线性系统和非线性观测情况下，Bucy和Sunahara等人研究卡尔曼滤波技术的应用，它不受类似于维纳滤波的局限性的限制，且可用计算机来计算，具有计算量小并且存储量少，实时性强等特点。1970年，提出单个目标进行跟踪的方法如singer算法。进入1980年，目标跟踪理论研究取得了丰硕的成果。如国外出版的《雷达数据处理》《多目标跟踪及其雷达应用》《跟踪与数据关联》这3本代表性专著标志着目标跟踪理论走向系统，完整，成熟的阶段。这些著作的共同讨论机动多目标跟踪问题，而且主要采样卡尔曼滤波和贝叶斯估计算法这两种跟踪算法。这之前的时期，主要是研究单站系统的多目
标跟踪问题。20世纪90年代，目标跟踪系统主要集中研究多站数据融合问题，它主要应用在多目标多传感跟踪系统中的研究。代表著作有：Bar-Shalom和其他20多位专家联合撰写的《多目标多传感器跟踪：应用与进展》,《多传感器数据融合》（Llinas著，1990年出版）等。进年来，科学家们提出了一种新的滤波算法即粒子滤波器，它用一组带有相关权值的随机样本表示将所关心的状态矢量，并在随机生成的样本和权值的基础上计算出状态估计值。优点是适合于在任何情况下的任意状态转换或测量模型，且不受线性误差或高斯噪声假定的限制。其后，随着对雷达数据处理技术在各个方面应用的深入研究，现在已经从最初的单部雷达发展到多部雷达，从单个目标跟踪发展到多个目标跟踪。
最近10年，智能信息处理技术与计算机网络计算的进步，使得跟踪理论和计算在下面5个方面得到了新的扩展：
（1）智能信息处理理论与跟踪理论的相结合而形成的跟踪理论及技术研究得到较为广泛的重视。尤其是模糊推理，神经网络，人工智能等软计算已成功的应用到目标跟踪研究领域，并逐渐演变成了目标跟踪智能理论和技术。
（2）多目标多传感跟踪系统与计算机网络的相结合，及不断向网络化发展，从而形成了网络中心战，信息融合系统网络动力学等新的概念和理论。
（3）新研制的体制雷达和外部不断变化的电磁环境，不断产生的新理论，这些多丰富和发展了目标
跟踪理论体系。例如，快速跟踪，鲁棒跟踪以及面向不确定信息处理的目标跟踪技术等。
（4）图像跟踪技术。常规雷达自能提供目标位置信息，很难满足雷达自动目标识别的需求。但是，高分辨率雷达体制的出现，使人们可以获取目标的精细结构信息。目前高分辨率雷达体制有两大类：第一类是成像雷达体制，包含有合成孔径雷达和逆合成孔径雷达两种；第二类是高分辨距离成像体制雷达。伴随着这些新体制雷达的出现，新的研究热点技术已形成如：像跟踪技术，联合跟踪和识别技术。
（5）面向工程化，构造成实用化的系统。特别是把跟踪作为系统的一部分，综合设计检测，跟踪，控制，管理等环节的一体化实践系统受到高度重视。
1.4 论文的主要研究工作和结构安排
本论文在研究跟踪滤波理论的基础上，对两种常用的跟踪滤波器进行理论分析很改进，最后实验仿真并进行性能比较和分析。
本论文的具体内容安排如下：
第一章，绪论。首先概述课题研究背景及内容，雷达跟踪滤波处理技术研究的历史过程和发展，最后介绍论文的主要工作和结构安排。
第二章，演化算法。本章介绍演化算法的起源与发展，归纳演化算法的特点。在演化算法的基本原理基础上详细阐述演化算法的基本步骤及其算法流程，最后简单的解释演化算法的广泛应用；
第三章，简要概括雷达信号处理的主要内容和过程，介绍雷达数据处理算法的发展过
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