[發(fā)明專利]一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410385219.8
• 申請(qǐng)日: 2014-08-07
• 公開（公告）號(hào): CN104142693A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田之俊;吳海洲;成亞勇;孫大元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號(hào): G05D3/12
• 分類號(hào): G05D3/12
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及饋源窄波束角跟蹤技術(shù)，特別適用于窄波束高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的穩(wěn)定精確角跟蹤。

背景技術(shù)

在測(cè)控系統(tǒng)中，為了減小等離子鞘套對(duì)射頻信號(hào)的衰減和提高信道帶寬，工作頻段擴(kuò)展到更高頻段，而此頻段高增益天線的波束寬度很窄。傳統(tǒng)的角跟蹤思路是接收天線的和路與差路信號(hào)，進(jìn)行角誤差提取，靈敏度校正后控制天線進(jìn)行精密跟蹤。對(duì)于高動(dòng)態(tài)目標(biāo)，由于具有較高的速度和加速度，采用傳統(tǒng)的角跟蹤方法，精度較差，跟蹤滯后，容易超出窄波束的范圍，造成較大角誤差波動(dòng)，甚至丟失目標(biāo)。

傳統(tǒng)的角跟蹤方法很難滿足當(dāng)前系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要，因此必須探索新的窄波束高動(dòng)態(tài)下的角跟蹤方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)的饋源窄波束的角跟蹤方法，可以滿足測(cè)控系統(tǒng)精確角跟蹤的需求。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，包括以下步驟：

①角誤差提取單元同時(shí)接收經(jīng)過AD采樣后的和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)，并根據(jù)和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)位置的方位角誤差值以及目標(biāo)位置的俯仰角誤差值；

②量測(cè)單元接收角誤差提取單元輸出的目標(biāo)位置的方位角誤差值與目標(biāo)位置的俯仰角誤差值，并根據(jù)目標(biāo)位置的方位角誤差值、目標(biāo)位置的俯仰角誤差值以及天線伺服系統(tǒng)發(fā)送過來的目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)，計(jì)算得到目標(biāo)位置觀測(cè)向量；目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)為目標(biāo)當(dāng)前方位角度值與俯仰角度值；

③新息計(jì)算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置觀測(cè)向量以及濾波單元輸出的上一次目標(biāo)位置向量的估計(jì)值，計(jì)算得到目標(biāo)的新息和目標(biāo)位置向量的預(yù)測(cè)值，將目標(biāo)的新息發(fā)送給濾波單元，將目標(biāo)位置向量的預(yù)測(cè)值發(fā)送給協(xié)方差矩陣計(jì)算單元；首次計(jì)算，濾波單元輸出的上一次目標(biāo)位置向量的估計(jì)值為設(shè)定的初值；

④協(xié)方差矩陣計(jì)算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置向量的預(yù)測(cè)值，計(jì)算協(xié)方差矩陣；

⑤增益確定單元根據(jù)輸入的協(xié)方差矩陣變化調(diào)整濾波增益值；

⑥濾波單元根據(jù)濾波算法、輸入的濾波增益以及目標(biāo)的新息值得到目標(biāo)位置向量的估計(jì)值，該目標(biāo)位置向量的估計(jì)值一路發(fā)送給天線伺服系統(tǒng)，另一路輸出給新息計(jì)算單元；

完成基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤過程。

所述的一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，步驟③中設(shè)定的初值為1。

本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明采用卡爾曼濾波技術(shù)，根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)，得到目標(biāo)的位置、速度、加速度等狀態(tài)估計(jì)和預(yù)測(cè)量，保證了在窄波束以及高動(dòng)態(tài)下的目標(biāo)跟蹤穩(wěn)定度，提高了跟蹤精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電原理工作流程方框圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電原理工作流程方框圖，它包括：角誤差提取1、量測(cè)2、新息計(jì)算3、協(xié)方差矩陣計(jì)算4、增益確定5、濾波6，實(shí)施例按圖1連接線路。

如圖1所示，本發(fā)明一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，其特征在于包括步驟：

①角誤差提取單元同時(shí)接收經(jīng)過AD采樣后的和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)，并根據(jù)和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)計(jì)算出目標(biāo)位置的方位角誤差值以及目標(biāo)位置的俯仰角誤差值；

實(shí)施例中，角誤差提取單元接收AD采樣的和波束與差波束數(shù)據(jù)，計(jì)算出目標(biāo)的方位角誤差值ΔA、俯仰角誤差值ΔE。

②量測(cè)單元接收角誤差提取單元輸出的目標(biāo)位置的方位角誤差值與目標(biāo)位置的俯仰角誤差值，并根據(jù)目標(biāo)位置的方位角誤差值、目標(biāo)位置的俯仰角誤差值以及天線伺服系統(tǒng)發(fā)送過來的目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)，計(jì)算得到目標(biāo)位置觀測(cè)向量；目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)為目標(biāo)當(dāng)前方位角度值與俯仰角度值；

實(shí)施例中，量測(cè)單元根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前方位角度值A(chǔ)、俯仰角度值E及方位角誤差值ΔA、俯仰角誤差值ΔE，得到目標(biāo)狀態(tài)觀測(cè)方位角度值A(chǔ)′、俯仰角度值E′，其中A′＝A+ΔA，E′＝E+ΔE。將陣面極坐標(biāo)(A′,E′)轉(zhuǎn)換為陣面直角坐標(biāo)(x,y)，得到目標(biāo)位置觀測(cè)向量Z_k＝[x,y]^T，其中上標(biāo)“T”表示向量轉(zhuǎn)置，目標(biāo)位置觀測(cè)向量坐標(biāo)x＝cos?A′?cos?E′，y＝sin?A′?cos?E′。

③新息計(jì)算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置觀測(cè)向量以及濾波單元輸

出的上一次目標(biāo)位置向量的估計(jì)值，計(jì)算得到目標(biāo)的新息和目標(biāo)位置向量的預(yù)測(cè)值，將目標(biāo)的新息發(fā)送給濾波單元，將目標(biāo)位置向量的預(yù)測(cè)值發(fā)送給協(xié)方差矩陣計(jì)算單元；首次計(jì)算，濾波單元輸出的上一次目標(biāo)位置向量的估計(jì)值為設(shè)定的初值；