[發明專利]一種基于去偏坐標轉換的α?β濾波方法

有效

• 申請號: 201510248857.X
• 申請日: 2015-05-15
• 公開（公告）號: CN104849697B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 葛小亮
• 申請（專利權）人: 上海前隆信息科技有限公司
• 主分類號: G01S7/02
• 分類號: G01S7/02;G01S13/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種無線傳感器網絡領域和空間多目標跟蹤領域，具體來說是一種基于去偏坐標轉換的α-β目標跟蹤方法。

背景技術

隨著信息時代的發展，航天技術不斷的創新提高，空間在各國的政治、經濟、軍事等領域內的戰略地位日益提高。在現代化的軍事斗爭中，空間信息儼然已經成為了最核心的戰斗能力，對于空間信息的掌握至關重要。為了更好的掌握空間信息，同時隨著衛星技術和雷達技術的發展，研究出了新型的天基雷達對空間目標進行探測和跟蹤，為了更加精確的識別、跟蹤空間目標信息，在跟蹤雷達中必須引入目標跟蹤方法，利用目標的觀測信息來更新目標的狀態信息，提高天基雷達對空間目標的跟蹤精度。

目標跟蹤方法是雷達數據處理的重要環節，在雷達對航天器、空間碎片、衛星、不明星球等目標進行探測跟蹤時，目標跟蹤方法扮演著越來越重要的角色，利用觀測到的數據(距離，方位角，俯仰角等)對運動目標的狀態進行預測，從而預測下一時刻的目標的運動位置，以完成目標運動軌跡的跟蹤。同時，目標跟蹤技術在民用方面也應用廣泛，如空中交通管制，機器人技術等，目前它已成為非常活躍的研究領域之一。二十世紀中期，卡爾曼濾波方法的出現，大力推動了目標跟蹤技術的發展。目前常用的目標跟蹤方法有：線性濾波方法主要有卡爾曼濾波方法以及由卡爾曼濾波為基礎推導出的常增益濾波方法(如α-β濾波方法與α-β-γ濾波方法)；為滿足更高的跟蹤精度需求，跟蹤濾波方法由線性濾波方法發展到非線性濾波方法，常用的非線性的濾波方法有擴展卡爾曼濾波方法、無跡卡爾曼濾波方法與粒子濾波方法。

在1993年D.Lerro等人提出另外一種區別于UT變換的線性化方法，即利用坐標轉換方法來實現線性化，提出了二維空間中的去偏混合坐標系轉換卡爾曼濾波方法，后來有楊春玲等人提出了三維空間中的去偏混合坐標系轉換卡爾曼濾波方法。但是去偏坐標轉換卡爾曼濾波方法復雜，計算量太大，進行即時跟蹤效果不佳。本發明對三維空間的去偏混合坐標系卡爾曼濾波方法做了簡化改進，有效的提高了計算效率，減少了計算時間。

發明內容

本發明為了解決了上述難題，提出一種基于去偏坐標轉換的α-β濾波方法，本方法通過改進三維空間的去偏混合坐標系卡爾曼濾波方法，在直角坐標系中采用α-β濾波替換卡爾曼濾波，減少對濾波增益的計算。

一種基于去偏坐標轉換的α-β濾波方法，具體步驟如下：

步驟1、建立系統模型，設定本方法的目標的狀態方程和測量方程；

步驟2、對目標初始狀態和誤差協方差進行初始化；

步驟3、在k-1時刻，通過系統模型對k時刻目標的狀態和誤差協方差進行預測；

步驟4、通過新的觀測值對測量方程進行更新；

步驟5、對測量誤差的均方誤差進行更新；

步驟6、引入常數因子α和β，計算得到濾波增益；

步驟7、計算得到k時刻的濾波誤差協方差和目標狀態估計；

下面具體闡述基于去偏坐標轉換的α-β濾波方法過程。目標的觀測方程建立在極坐標系下，狀態方程建立在直角坐標系下，觀測平臺先獲取目標的觀測值，然后通過去偏坐標轉換方法，將觀測值無偏的轉換到直角坐標系中，再在直角坐標系中進行α-β濾波，得到目標的狀態估計和誤差協方差，實現對目標跟蹤。

x、y、z分別為X、Y、Z軸上的位置分量，在極坐標下目標的測量值為目標到坐標原點的距離r、俯仰角β和方位角θ。

東北極坐標系向雷達直角坐標系的轉換關系表達式為：

x＝r cosβcosθ

y＝r cosβsinθ(1)

z＝r sinβ

觀測平臺在極坐標系下得到的測量值分別為：r_m、β_m、θ_m，設在極坐標系下真實值和測量值之間的誤差為：測量距離誤差為俯仰角誤差為方位角誤差為的均方差分別為：σ_r、σ_β、σ_θ，它們是相互獨立的，并且均值為0。用公式表示為：

根據(1)式中的坐標轉換關系可得到：

x_m＝r_m cosβ_m cosθ_m

y_m＝r_m cosβ_m sinθ_m(3)

z_m＝r_m sinβ_m