多目标跟踪(Multi-target Tracking,MTT)是在监视区域内目标个数未知、观测有噪且来源不确定的条件下用信号处理的方法实时估计区域内目标状态的技术,是准确识别目标并做出指挥决策的前提条件,在雷达信号处理系统中占有十分重要的地位。多目标跟踪已经被广泛应用于军事和民用领域,其中海面运动目标跟踪是常见的应用场景也是研究难点,研究对海运动目标跟踪在军事方面可以实现对海监控,依据目标态势评估威胁,提前预警防御等,在民用方面可以维护航行安全,便于海上搜救等。然而海面场景的复杂性极大提高了目标跟踪的难度,雷达回波存在大量的海杂波干扰,而且由于海杂波特性多变,杂波特性难以准确分析,导致目标检测和跟踪性能下降,实际效果不尽人意。本文通过研究多目标跟踪算法,设计了一种跟踪框架,解决海面运动目标跟踪的实际难点。论文的研究内容如下:1.研究了一种适用于海面运动目标跟踪的跟踪算法框架。算法框架主要解决三个实际问题:海杂波干扰问题、密集量测跟踪实时性问题以及航迹管理问题。本文利用不同类跟踪算法优势互补的思想,建立了高斯混合概率密度假设(Gaussian mixture Probability Density Hypothesis,GM-PHD)与多假设跟踪(Mul-tiple Hypothesis Tracking,MHT)结合的算法结构,解决大量海杂波干扰和密集目标带来的跟踪实时性问题;采用特征辅助的方法帮助跟踪算法实现目标与海杂波的区分,并说明了特征作用算法的方式;针对目标被海杂波暂时淹没、目标航迹起始和终止困难等问题提出合理的航迹管理办法和特征反馈机制,实现了在同一个跟踪框架下解决常见的海面运动目标跟踪的难点问题。并且通过仿真实验验证了所提跟踪框架的可行性。2.基于雷达凝视模式实测数据,研究了所提跟踪框架的应用以及有效性。跟踪框架构建完成后,内容细节的应用和有效性需要根据回波数据进行研究,研究重点在于数据处理以及特征提取。针对雷达凝视模式数据,本文首先分析了数据结构和特点,研究了在凝视回波数据下目标和海杂波的特点,然后依据特点提出了雷达回波的时域、频域和时频域的特征建模方法,并在三维特征空间中分析了目标与杂波的判定方法。最后研究了三维特征作用于跟踪框架的原理和引入方式。在CSIR实测数据下验证了所提跟踪框架以及特征建模的有效性。3.基于雷达扫描模式实测数据,研究了所提跟踪框架的应用以及有效性。不同于雷达凝视模式,扫描模式数据是以帧的形式送入跟踪系统的,帧间信息存在时间差。本文首先分析了扫描模式数据的结构和特点,扫描数据中同一目标的回波具有方位“扩展性”,这种扩展性为特征建模提供了额外的信息来源;由于数据帧间存在扫描时间间隔,目标和海杂波的特征稳定性存在差异。依据这些特点,本文建立了回波量测的幅度、外观、RCS和检测框交并比四维特征模型,分析了目标与海杂波在特征空间中的差异。最后详细介绍了多维度特征辅助跟踪的作用原理,包括特征辅助杂波滤除、特征辅助算法效率优化、特征辅助航迹管理等。在海军航空大学对海实测数据下验证了所提算法框架以及特征建模的有效性。