随着航运事业的发展,水上交通形势日趋复杂,内河水域船舶通行密度逐年提高,由此引起的船舶安全航行问题日益突出。而现有VTS系统的跟踪容量和跟踪可靠性无法完全满足复杂水域高密度目标环境下的跟踪要求,为水域交通的安全管理带来困难。因此有必要提高VTS系统的多目标跟踪能力以提高系统整体性能。本文对现有的成熟多目标跟踪算法理论进行详细分析比较,力图从中选取同时具备较高工程实现价值和较高跟踪可靠性的方法并针对应用背景进行改进形成一套完整的多目标跟踪方案应用于实际工程。滤波算法、关联算法、多模型算法是多目标跟踪框架的理论基础,本文分别进行了详细讨论和设计。针对高密度目标应用背景,本文先后对最近邻数据关联(NNDA)算法、点迹-航迹匹配算法、概率数据关联(PDA)算法、联合概率数据关联(JPDA)算法以及最新的概率假设密度(PHD)算法比较各自的应用条件以及优缺点。最后结合点迹-航迹匹配算法和PDA算法的优势,引入目标回波尺寸特征差异值进行关联方法的改进,提出了一种高密度目标环境下的数据关联方法。针对PHD方法需要先验已知新生强度的限制,以高斯混合(GM)方案为例提出了一种未知新生目标环境下分阶段航迹管理的GM-PHD方法。复杂水域环境下,目标信息可能出现临近重叠、遮蔽以及假回波干扰等问题。这些问题严重限制了跟踪系统的可靠性和稳定性,针对这些问题,本文分别给出解决方案。最后加入航迹起始、航迹管理模块完成完整的实时雷达多目标跟踪系统设计。