船舶导航雷达是目前船舶在海上航行时必不可少的助航设备,船舶间碰撞危险判断很大程度上依赖于其中的目标跟踪滤波过程。随着滤波理论的不断发展,应用在船舶导航雷达目标跟踪中的非线性滤波算法越来越多,算法复杂度也越来越高。对于海上航行的大型船舶,由于其自身机动性较小,在一个雷达扫描周期内可近似认为做匀速直线运动,对此是否需要采用复杂的非线性跟踪滤波算法,文献中并没有具体的研究说明,因此本文对这一问题进行分析研究,并在分析结果的基础上提出了一种基于极坐标系下建立状态方程的船舶导航雷达目标跟踪滤波算法。论文主要完成以下工作:(1)对船舶导航雷达目标跟踪中的滤波算法进行介绍,并对其中的非线性问题进行详细分析。通过目标船在相对于本船不同航向、不同航速、不同初始距离条件下做匀速直线运动的仿真实验结果表明,无论在直角坐标系下还是在极坐标系下建立目标的状态方程,滤波算法中都存在非线性的问题。说明在船舶导航雷达目标跟踪中非线性的问题不可避免。(2)对在极坐标系下建立目标状态方程的滤波算法进行研究。由于应用在船舶导航雷达目标跟踪中的非线性滤波算法,大部分是针对在直角坐标系下建立状态方程的非线性问题,如EKF算法,对极坐标系下建立状态方程的非线性问题很少有相关文献研究。但在极坐标系下建立的状态方程在距离和方位上是解耦的,距离和方位上的滤波效果互不影响,同时滤波结果直接对应目标的位置信息,就不会引起坐标转换误差。本文通过分析目标在极坐标系下的非线性运动方程可知,当目标做匀速直线运动时,目标的非线性运动方程可以线性化处理。因此本文结合泰勒级数展开处理和标准卡尔曼滤波算法,提出了在极坐标系下基于一阶、二阶、三阶展开形式状态方程的滤波算法。仿真实验结果表明,其中基于二阶展开形式状态方程的滤波算法的滤波效果最好,该滤波算法较好地解决了泰勒级数展开处理的误差所导致滤波发散的问题,同时算法计算简单,适合实时跟踪滤波。(3)将基于二阶展开形式状态方程的滤波算法和EKF算法分别在不同条件下进行对比仿真实验分析,结果表明本文提出的基于二阶展开形式状态方程的滤波算法具有以下特点:1)对滤波初始值的依赖程度较小;2)观测噪声或者扰动噪声较大时,滤波稳定性较好;3)观测噪声不会对状态变量的滤波效果产生交叉影响;4)对目标位置上的滤波精度高于EKF算法,在航向和航速上的滤波精度和EKF算法基本持平。