[發明專利]一種海面目標航向航速估算方法

有效

• 申請號: 201611183541.8
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106597428B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 程然;繆禮鋒;王婷婷
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司雷華電子技術研究所
• 主分類號: G01S13/58
• 分類號: G01S13/58
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

1.一種海面目標航向航速估算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一，根據海面目標的運動狀態建立出相應的系統狀態空間模型，并根據機載雷達的測量原理建立量測模型，所述系統狀態方程和所述量測方程如公式(1)所示：

公式(1)中k為時刻，f()表示系統狀態轉移函數，h()表示量測函數；

x_k表示k時刻系統狀態向量，其取值范圍為n_x為狀態維數，R為實數；

Z_k表示k時刻外部量測向量，其取值范圍為nz為量測維數；

w_k-1是系統噪聲，其取值范圍為nw是系統噪聲維數；

v_k是量測噪聲，其取值范圍為n_v是量測噪聲維數；

步驟二，計算容積卡爾曼濾波算法中系統狀態的先驗均值及先驗協方差矩陣P_0,k|k-1，其計算公式如公式(2)所示：

公式(2)中m是容積點個數，是通過狀態方程傳播的容積點，Q_k-1是系統噪聲協方差矩陣；

步驟三，計算截斷卡爾曼濾波算法中系統狀態的先驗均值及先驗協方差矩陣P_1,k|k-1，其計算公式如公式(3)所示：

公式(3)中h^-1()表示對量測函數求逆，H_k是量測函數h()在k時刻的雅克比矩陣，R_k是量測噪聲協方差矩陣；

步驟四，根據容積卡爾曼濾波算法量測更新框架，并根據步驟二中算出的和P_0,k|k-1以及步驟三中算出的和P_1,k|k-1，通過公式(4)得到系統狀態后驗均值和系統狀態后驗協方差P_h,k|k，其中h為濾波算法選擇參數，h＝0時的參數為容積卡爾曼濾波算法的參數，h＝1時的參數為截斷卡爾曼濾波算法的參數；

公式(4)中W_h,k是卡爾曼濾波增益，Z_h,k是量測值，是量測先驗均值，P_h,zz,k|k-1是量測的自相關先驗協方差矩陣；

步驟五，引入自適應調整機制，通過公式(5)計算系統狀態最終的后驗均值通過公式(6)計算系統狀態最終的協方差矩陣P_k|k，從而得到海面目標的航向航速計算值；

公式(5)和公式(6)中，α是自適應變換參數，α的計算公式如公式(7)所示：

公式(7)中，γ是預先設定的預調整參數，

tr(P_0,k|k-1)是P_0,k|k-1的跡，tr(P_1,k|k-1)是P_1,k|k-1的跡。

2.根據權利要求1所述的海面目標航向航速估算方法，其特征在于，步驟一中的狀態空間模型包括勻速直線運動模型、勻加速直線運動模型、協同轉彎模型。

3.根據權利要求1所述的海面目標航向航速估算方法，其特征在于，步驟一中的量測模型包括海面目標的距離以及方位角。

4.根據權利要求1所述的海面目標航向航速估算方法，其特征在于，公式(1)中的k時刻系統狀態向量x_k包括目標的位置、速度和加速度，k時刻外部量測向量Z_k包括徑向距離、方位角和俯仰角。

5.根據權利要求1所述的海面目標航向航速估算方法，其特征在于，步驟一中，w_k-1和v_k互不相關且均為服從高斯分布的零均值高斯白噪聲，且w_k-1～N(0,Q_k-1)，v_k～N(0,R_k)，其中Q_k-1是系統噪聲協方差矩陣，R_k是量測噪聲協方差矩陣。