[發明專利]一種非高斯噪聲條件下的單站純角度目標定位與跟蹤方法

在審

• 申請號: 202010761338.4
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111948601A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 李村;王守雷;陳方正;姚光樂;余通;和法成;李沖
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十一研究所
• 主分類號: G01S5/02
• 分類號: G01S5/02
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 陳嵐崴

本發明公開了一種非高斯噪聲條件下的單站純角度目標定位與跟蹤方法，基于高斯混合容積卡爾曼濾波器進行非高斯噪聲條件下的單站純角度目標定位與跟蹤算法設計，通過將非高斯噪聲建模為兩個不同方差的高斯噪聲，并對狀態量進行高斯分量建模，針對每一個高斯分量利用容積卡爾曼濾波器進行狀態估計，并對濾波器輸出進行高斯分量縮減合并，并迭代計算，最終得出對目標狀態估計值。本發明的有益效果是，基于高斯混合容積卡爾曼濾波的單站純角度目標定位與跟蹤算法，將非高斯觀測噪聲建模為閃爍噪聲，采用高斯分量分割與融合策略，利用容積卡爾曼對高斯分量進行狀態估計，實現對目標的定位與跟蹤，具有定位精度高，計算復雜度低等特點。

技術領域

本發明涉及純角度目標定位與跟蹤技術領域，尤其涉及的是，一種非高斯噪聲條件下的單站純角度目標定位與跟蹤方法。

背景技術

無源定位系統本身不向外輻射電磁波，而是通過被動接收輻射信號來確定目標的位置和運動狀態，具有隱蔽性強、作用距離遠等優點。單站無源定位系統僅采用一個觀測平臺，避免了多站之間的協同工作，機動性強，不依賴站間通信，也降低了自身被探測與干擾的可能性。

現階段對純角度目標定位與跟蹤的研究主要是基于高斯噪聲假設，采用不同的濾波算法，提高對目標狀態的估計精度，例如在李愛玲申請公開的發明專利《運動單站只測角位置信息無源定位方法》(申請公開號：CN 109959895 A)中，公開了一種運動單站只測角位置信息無源定位方法，可實現多目標輕型下的快速定位；在韓一娜等申請公開的發明專利《一種方位測量融合與多目標定位方法》(申請公開號：CN 110309599 A)中，公開一種可應用于多傳感器網絡中的多目標純方位被動定位的空間概率模型，利用啟發式搜索進行似然估計，上述方法都假設系統及觀測噪聲復合高斯分布，在復雜的實際環境中噪聲特性并不確定，因此可能導致結果發散。在解決非高斯噪聲方面，有將粒子濾波等隨機采樣方法應用于目標定位與跟蹤問題，如鄢社鋒等人申請公開的發明專利《一種基于簡化容積粒子濾波的目標定位方法》(申請公開號：CN 109460539 A)中，公開了一種基于簡化容積粒子濾波的目標定位方法，利用容積卡爾曼濾波器產生建議密度分布，指導粒子濾波器的采樣，是目前精度最高的算法之一，但其計算量非常大，不適合用于實時目標定位與跟蹤系統。

現有技術方案中存在如下不足：1、現有的單站純角度目標定位與跟蹤方法主要基于高斯假設的濾波算法，該類算法在高斯噪聲條件下具有良好的跟蹤性能，但是在非高斯條件下估計精度降低，甚至發散。2、可用于非高斯條件下單站純角度目標定位與跟蹤如粒子濾波算法，具有較好的估計精度，但是計算量巨大，不適用于實時目標定位與跟蹤。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于高斯混合容積卡爾曼濾波的純角度目標定位與跟蹤方法，適用于非高斯噪聲假設，可有效提高純角度目標定位與跟蹤精度，同時保持毫秒級的運算時間，可滿足實時目標定位與跟蹤的需要。所要解決的技術問題包括：

本發明的技術方案如下：一種非高斯噪聲條件下的單站純角度目標定位與跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟1：狀態方程、觀測方程建模；

單站純角度目標定位與跟蹤算法中狀態方程和觀測方程模型為公式1：

公式1：

公式1中，x_k表示目標狀態，根據目標類型包含不同的狀態量表示為代表目標的位置和速度；F為狀態轉移矩陣表示為T表示仿真步長；w_k-1表示過程噪聲，建模為高斯分布；

測量方程中的測量值為對目標的角度測量可以表示為公式2：

公式2：