基于SLAM方法的运动平台电磁回波环境建模与定位

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近年来,随着消费型无人机的出现和快速发展,在不同领域带来便捷的同时,由于缺乏监管和技术支持,也带来了诸多安全隐患,针对以小型无人机为代表的“低小慢”目标的检测与跟踪的研究,成为目标检测领域的一个重要关注点。本文主要针对“低小慢”目标的检测问题,提出了通过电磁SLAM方法构建周围环境电磁地图的思路,利用惯导系统实现平台定位以及利用连续波雷达探测环境信息,实时的完成同时定位与地图构建,并能够获得目标电磁特征方面的信息。本文主要从复杂环境中强散射体的雷达回波仿真、基于相干测角的宽波束多天线雷达回波定位以及基于雷达回波的平台实时定位与地图构建三个方面入手,实现了雷达回波仿真-回波解译-平台定位与地图构建的流程仿真。本文的主要工作与贡献在于以下几个方面:1)基于雷达方程以及射线追踪的方法,将回波仿真转化为时延和峰值功率计算两方面的问题,分别就分布式点目标、连续型平板目标以及复杂形状目标的情况设计了雷达回波仿真方法,其中利用CST仿真软件得到点目标的双站RCS并考虑了目标间的多径效应,对于连续型目标则划分为端点和线段两部分,根据后向散射系数的设定完成仿真,提升了仿真效率并满足了算法的实时性要求。2)基于相干测角的方法,在双天线阵列阵元间距远大于半波长的情况下,利用经典MUSIC算法,通过定向天线朝向信息以及加窗累加的方法,实现了对雷达回波信号的DOA估计,并通过匹配滤波的方法实现目标到探测平台距离的计算,实时、准确的获得了目标的方位信息。3)在经典SLAM算法的基础上,提出了一种PF-SLAM方法,利用粒子滤波的方法实现平台位置的估计,该算法能够在非线性运动模型、非高斯环境下实现同时平台定位和地图构建,通过对历史路标位置估计数据加权平均处理,以及对平台位置的反馈校正,使得对分布式点状路标的估计更为精确和收敛。4)利用回波仿真和解译获得的连续目标方位信息,实现了实时的环境地图构建,并针对获取的离散点目标地图,通过加窗线性拟合、线段聚类和加权平均的方法实现了点目标地图到线段目标地图的转变,准确的还原了环境中建筑物的轮廓信息。
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