当船舶、飞机等交通工具在远海地区发生事故时,获取目标航行期间的轨迹可以缩小搜救的范围,从而提高海事救援的成功率和减少救援过程中的人力物力资源的浪费。然而,由于在远海等偏远地区无法架设信号基站和相应的定位设备,获取远海航行目标的轨迹信息存在一定的困难。为了实现对远海航行目标轨迹的估计,本文以远海民用飞行器为例,将轨迹估计的方法应用于海事卫星设备,开展基于海事卫星时延和频偏的海上目标航行轨迹的估计方法研究。本文根据贝叶斯滤波的理论方法,通过建立目标动态模型预测目标下一时刻的位置,再利用海事卫星的测量数据对预测进行滤波和校正,通过连续迭代,实现对目标轨迹的估计。不同于雷达等设备具有测角和测距的能力,海事卫星不是专用的监控设备,只附带有测量时延和频偏的能力,在测量数据为频偏和时延的情况下,传统的交互式多模型算法(Interacting Multiple Model,IMM)不再适用,因此必须研究建立适用于测量数据为频偏和时延这一情况下的动态模型。为此本文开展如下研究:1)研究了现有的海事搜救轨迹估计的方法,对比分析了各个方法的目的、原理、实现方法以及优缺点等。根据目标跟踪理论和方法,阐述了几种相关的动态模型,以及阐述了针对目标运动状态不确定问题而提出的交互式多模型算法,分析了其原理和实现步骤。为了检验现有动态模型和交互式多模型算法在本文场景中是否适用,在二维场景中进行仿真实验,对比了交互式多模型算法在传统测距测角情况下和本文测距测频情况下的仿真效果。仿真结果表明,当测量数据为时延和频偏时,传统的交互式多模型算法的估计轨迹远远偏离实际轨迹。因此,传统方法在本文场景中不适用,从而引出本文研究的重点,即研究适用于测量值为时延和频偏这一场景的动态模型。2)首先介绍了海事卫星时延的计算方法,然后分析了远海飞行器的运动特性,在此基础上提出了一种基于时延约束的改进目标动态模型,不同于传统的基于牛顿力学的动态模型,该模型将时延定位方法和机动转弯模型相结合,通过估计目标速度大小来预测目标测量时刻的位置,同时会计算得到一个镜像位置,然后结合机动转弯模型分别估计出目标在估计近似位置和镜像位置的转弯率,从而估计出目标在估计位置和镜像位置的速度矢量,相对于现有的方法,该模型不需要预先设置目标的转弯速率,具有一定的自适应能力。然后,进一步分析了该动态模型的位置估计误差。海事卫星频偏是对估计的镜像位置进行滤除的依据,因此随后研究了海事卫星的频偏的数据来源和计算方法,并在此基础上分析了海事卫星频偏数据的特性和频偏数据对目标各个运动参数的敏感度。该动态模型的创新点在于结合了现有飞行器运动模型和时延定位方法,从时延定位的角度估计目标的位置,然后结合目标转弯模型估计转弯速率,因此不需要预先设置模型的转弯速率,其问题在于会存在一个镜像估计位置,但后续研究表明可以通过频偏对镜像位置进行滤除。3)考虑到建立的动态模型以及频偏观测模型为非线性,研究了非线性滤波原理和方法,进而研究了粒子滤波理论和重采样原理。在此基础上,考虑目标的运动特性,首先在二维场景下,设置多个仿真场景,对比了交互式多模型算法在测频和测角情况下的跟踪效果,并通过仿真实验验证了本文模型在测量数据为时延和频偏时的可行性并分析了估计误差的影响因素。4)使用实际的海上飞行器飞行数据和对应的海事卫星时延和频偏数据验证本文模型在实际情况下的可行性,结果表明,本文模型可以实现估计飞行目标的运动轨迹,估计轨迹接近实际轨迹,并能够识别目标的转弯行为,但估计的精度受限于时延测量数据的精度。由于本文数据较少,不足以体现远海长距离航行这一场景,因此,继续使用美国AGI(Analytical Graphics)公司开发的卫星仿真软件STK(Satellite Tool Kit)对本文模型进行验证,使用STK设置远海飞行器跨大洋飞行的仿真场景,并读取生成的距离和频偏数据,结合本文模型估计飞行轨迹,仿真结果表明,估计的轨迹与实际估计接近,中间出现估计误差增大的情况,但随着迭代的进行,误差逐渐减小,最大经纬度误差接近1°,平均经纬度误差为0.2°。本文以对远海航行的民航飞行器轨迹估计为例,研究了基于海事卫星时延和频偏的远海失事目标航行路径估计方法。通过此方法,可以利用海事卫星的时延和频偏来估计海上航行目标的航行估计,当目标发生事故时,通过估计的轨迹来缩小搜救区域,减少搜救的盲目性,从而降低搜救成本。