[發(fā)明專利]單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510316530.1
• 申請(qǐng)日: 2015-06-10
• 公開（公告）號(hào): CN104950286A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉梅;張昊男;盧樹林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S5/02
• 分類號(hào): G01S5/02;G01S3/14;G01S11/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單被動(dòng)雷達(dá)最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，涉及單被動(dòng)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)軌跡優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

被動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤是利用被動(dòng)量測(cè)的目標(biāo)方位對(duì)固定/運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置、速度、航向的估計(jì)。在許多實(shí)際工程中都能見到它的應(yīng)用，如空中偵察/預(yù)警、航海中的目標(biāo)搜救、紅外探測(cè)等。量測(cè)方程的非線性給這類本質(zhì)上非線性問(wèn)題求解帶來(lái)很大的困難。由于僅有角度量測(cè)，系統(tǒng)存在特殊的可觀測(cè)性問(wèn)題。對(duì)于被動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，即使方位量測(cè)是精確的，要想保證系統(tǒng)的可觀測(cè)性，觀測(cè)平臺(tái)必須機(jī)動(dòng)。對(duì)定位系統(tǒng)，只要觀測(cè)平臺(tái)不是一直沿著瞄準(zhǔn)線運(yùn)動(dòng)，即量測(cè)角度不是恒等于常數(shù)，理論上定位系統(tǒng)是可觀測(cè)的。由于角度量測(cè)總不免受量測(cè)噪音的干擾，觀測(cè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)方式的選擇對(duì)于被動(dòng)定位與跟蹤的質(zhì)量起著極為重要的作用，集中地體現(xiàn)在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的收斂時(shí)間的快慢、收斂率的大小以及收斂后的精度、穩(wěn)定性等性能上。為了能夠快速、準(zhǔn)確地求出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素，觀測(cè)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)問(wèn)題引起了眾多學(xué)者關(guān)注，并成為一個(gè)棘手的問(wèn)題。

被動(dòng)定位與跟蹤系統(tǒng)觀測(cè)平臺(tái)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)問(wèn)題在繼Looney等人提出最早的觀測(cè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)的思想以后，在之后的幾十年中得到了很大發(fā)展。人們?cè)噲D應(yīng)用多種方法來(lái)解決這一問(wèn)題，其中主要包括應(yīng)用最優(yōu)控制理論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、微分包含等方法來(lái)解決觀測(cè)平臺(tái)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)問(wèn)題。Liu在研究固定目標(biāo)定位問(wèn)題時(shí)，以FIM下界為性能指標(biāo)，把最優(yōu)控制理論的Hamilton-Jacobi方程用于尋找觀測(cè)平臺(tái)的軌跡。或者直接基于最大化FIM的行列式，用微分包含技術(shù)試圖尋找目標(biāo)定位問(wèn)題的觀測(cè)平臺(tái)最優(yōu)軌跡；對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的定位與跟蹤，一些文獻(xiàn)也進(jìn)行了嘗試，如用馬爾可夫鏈描述機(jī)動(dòng)目標(biāo)航路，給出動(dòng)態(tài)模型，然后最優(yōu)化觀測(cè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)軌跡。Passerieux從FIM導(dǎo)出精度準(zhǔn)則最小原則，用最優(yōu)控制理論來(lái)確定勻速觀測(cè)平臺(tái)的航向，部分通過(guò)解析方法，部分通過(guò)數(shù)值迭代過(guò)程建立和解析出最佳觀測(cè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)的必要條件(Euler方程)。也有考慮現(xiàn)在和將來(lái)目標(biāo)位置和速度誤差，用最小化Cramer-Rao下界(CRLB)的跡作為性能指標(biāo)來(lái)研究觀測(cè)平臺(tái)的最優(yōu)軌跡，使當(dāng)前目標(biāo)位置誤差、目標(biāo)速度誤差、預(yù)測(cè)目標(biāo)位置誤差最小。

在單被動(dòng)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的軌跡優(yōu)化的一些實(shí)際應(yīng)用中，由于種種限制條件的因素，有的時(shí)候飛行平臺(tái)無(wú)法純粹的按照一些優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)軌跡的運(yùn)動(dòng)。所述限制條件是指在?實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)平臺(tái)只能在跟蹤目標(biāo)的一側(cè)做類直線運(yùn)動(dòng)，并且在有限的跟蹤時(shí)間內(nèi)只能折返一次進(jìn)行返航。多次實(shí)驗(yàn)表明拐點(diǎn)選擇對(duì)跟蹤效果有著決定性的影響，如果拐彎過(guò)早則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差在默契發(fā)散，如果拐點(diǎn)選擇過(guò)晚則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差發(fā)散。所以在既定的有限跟蹤時(shí)長(zhǎng)內(nèi)在哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行返航，以及是否返航才能達(dá)到較好的跟蹤效果，就成為了需要研究的問(wèn)題。

國(guó)內(nèi)外對(duì)軌跡優(yōu)化的問(wèn)題主要集中在通過(guò)可觀測(cè)程度以及一些幾何關(guān)系如方位角變化率最大等指標(biāo)對(duì)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，但并沒有針對(duì)如上的限制條件進(jìn)行研究。所以到限制條件的應(yīng)用時(shí)這些指標(biāo)并不能很好的指導(dǎo)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法,以解決在跟蹤目標(biāo)時(shí)，拐彎過(guò)早則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差在默契發(fā)散，如果拐點(diǎn)選擇過(guò)晚則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差發(fā)散，影響跟蹤精度的問(wèn)題。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：

技術(shù)方案一：一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

步驟一、獲取跟蹤總時(shí)長(zhǎng)T，尋找跟蹤目標(biāo)與飛行平臺(tái)直線飛行軌跡的垂足點(diǎn)A；

步驟二、飛行平臺(tái)到達(dá)A點(diǎn)后，記錄跟蹤時(shí)長(zhǎng)t_a；

步驟三、計(jì)算最優(yōu)拐點(diǎn)t_p，

技術(shù)方案二：一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，所述方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程為：

步驟一、設(shè)置變量參數(shù)，平臺(tái)初始位置X_p，目標(biāo)初始位置X_t，平臺(tái)速度V_p，設(shè)置初始拐彎時(shí)間t₁；

步驟二、生成平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡，并在t_i時(shí)間處拐彎，生成完整的跟蹤航跡，i為跟蹤每時(shí)刻；

步驟三、將生成的航跡計(jì)算全局方位角變化速率△β_n并保存，n為蒙特卡洛次數(shù)n＝1,2…...；

步驟四、判斷拐點(diǎn)t_i是否超出跟蹤時(shí)長(zhǎng)，未超出時(shí)長(zhǎng)則生成下次拐彎時(shí)刻：t_i+1＝t_i+100s，然后執(zhí)行步驟二；超出時(shí)長(zhǎng)則執(zhí)行步驟五。