约束建模与估计是目标跟踪领域的一个重要研究方向,在基于机载/星载雷达的地面目标跟踪,江/河/港口舰船目标的监视与跟踪等军事/民用领域均有广泛的应用前景。道路、航线或航道等对目标运动构成的约束关系包含着关于目标状态的先验信息,在跟踪系统中描述和利用约束信息可显著提升跟踪精度。现有研究成果主要集中在空间约束即道路、航线等完整、确知的等式约束建模与估计上,然而在实际应用中,经常无法完全确定精确的等式约束条件,此时现有理论和方法不能适用。本文针对约束条件仅部分已知或不完全可靠的情况,研究依据部分已知的信息构建隐式约束条件、进行约束目标跟踪的问题,具体包括两种典型隐式约束,即目的地约束和轨迹形状约束的建模和约束跟踪方法,主要内容如下:1.针对仅仅目的地已知的直线轨迹约束跟踪问题,提出了直线轨迹目的地约束模型及约束跟踪方法。分别基于几何分析和参数增广两种方式推导建立了目的地约束模型。在此基础上,针对目的地信息不精确的情况,给出了有噪目的地约束模型。根据目的地约束模型,构造伪量测将约束信息引入到跟踪系统中,提出了一系列直线轨迹目的地约束跟踪方法。此外,为了客观评估约束跟踪性能,提出约束误差性能指标和约束估计克拉美罗下限近似计算方法。利用仿真数据和实测数据证明,直线轨迹目的地约束跟踪方法能够有效利用目的地约束信息提升跟踪精度。2.针对仅仅轨迹形状确知的直线轨迹约束跟踪问题,提出了直线轨迹形状约束模型及约束跟踪方法。分别基于状态增广和参数增广两种方法推导了轨迹形状约束模型。其中基于状态增广约束模型给出了冗余模型和最小模型两种形式,理论分析了二者的等价性;基于参数增广的约束模型给出了基于斜率截距的模型和基于一般性参数的模型。根据所提轨迹形状约束模型,构造伪量测将约束信息引入到跟踪系统中,提出了一系列轨迹形状约束跟踪方法。通过仿真实验证明,直线轨迹形状约束跟踪方法能够有效利用轨迹形状约束信息提升跟踪精度。基于参数增广的约束跟踪方法在提供状态估计的同时还能提供精度较高的轨迹参数估计结果,可以作为先验信息用于提升后续沿相同直线轨迹运动目标的跟踪精度。仿真实验还证明,采用一般性参数模型的约束跟踪方法具有较好的鲁棒性。3.针对圆弧轨迹隐式约束目标跟踪问题,提出了多种圆弧轨迹目的地约束和轨迹形状约束模型及约束跟踪方法。基于几何分析和参数增广推导了圆弧轨迹目的地约束模型,基于参数增广推导了圆弧轨迹形状约束模型。根据圆弧轨迹隐式约束模型,构造伪量测,提出了系列圆弧轨迹隐式约束跟踪方法。对于强非线性的伪量测,在滤波过程中采用序贯量测处理和位移补偿的方法提高滤波精度和稳定性。此外,还针对实际应用中可能存在的隐式约束下机动目标跟踪问题,提出隐式约束下的机动目标跟踪方法。通过仿真实验证明,圆弧轨迹隐式约束跟踪方法能够有效利用隐式约束信息提升跟踪精度。4.针对比例导引目的地约束下目标跟踪问题,提出了三维空间比例导引目的地约束模型和比例导引目的地约束跟踪方法。基于状态增广方法推导了对应三种有代表性的比例导引律:纯比例导引,真比例导引和广义比例导引的目的地约束模型,包括目的地信息准确或受噪声影响等情况,并且考虑了实际应用中存在的导航系数和偏差角未知的情况。根据比例导引目的地约束模型,构造伪量测将约束信息引入到跟踪系统中,提出了一系列比例导引目的地约束跟踪方法。通过仿真实验证明,比例导引目的地约束跟踪方法能够有效利用目的地约束信息提升跟踪精度。