[發明專利]一種用于高精度彈道實時定軌的抗差加權觀測融合平方根UKF濾波方法

有效

• 申請號: 202010897051.4
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112068092B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 黃姣茹;李靈芝;高嵩;錢富才;陳超波;李繼超
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/58;G06F17/16
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 李鳳鳴

本發明公開了一種用于高精度彈道實時定軌的抗差加權觀測融合平方根UKF方法，該方法由構建多傳感器測量彈道動力學系統模型、數據融合、抗差處理三個部分構成。其中多傳感器測量彈道動力學系統模型包括再入彈道的狀態方程，各個測量體系的觀測方程；數據融合包括建立集中式融合彈道測量方程；建立加權測量融合系統最優方程；計算測量融合方程的系數矩陣以及近似函數；抗差處理包括，計算測量融合殘差矩陣；基于M估計算抗差權因子；設定判定異常值的條件辨識異常值；計算融合測量噪聲算等價協方差矩陣進行野值修正；采用平方根UKF算法估計彈道參數。本發明可以較好地對來自多個傳感器的測量信息進行有效的融合，并且可對測量數據可能存在的異常值進行及時地修正，實現了多個傳感器彈道的高精度跟蹤。

技術領域

本發明屬于多傳感器跟蹤導彈實時定軌技術領域，屬于目標跟蹤、定位導航等技術領域，具體涉及一種用于高精度彈道實時定軌的抗差加權觀測融合平方根UKF濾波方法。

背景技術

導彈武器是現代高科技的結晶和化身，具有進攻性武器的突出特點，比如射程遠、精度高、突防能力強的顯著特性，成為了具有超強進攻性和強大威懾力的武器和維持戰略平衡的支柱。在導彈武器發展初級階段，由于導彈射程較近，對外測彈道測量的精度要求較低，通常是單傳感器跟蹤測量導彈并解算其飛行軌跡。隨著導彈試驗技術的發展和需要，射程的增加和測量精度要求的提高，一般由多傳感器比如多個雷達和多個經緯儀組成測量體系交會測量導彈、運載火箭的飛行軌跡，多目標運動狀態估計的精度及其性能比單一傳感器要優越得多，因此多傳感器數據融合技術成為解決彈道測試技術的首選方案。即使采用多種高精度彈道跟蹤體制對導彈進行跟蹤測量，但依舊避免不了由于跟蹤或測量設備的沖擊以及系統故障、環境干擾等原因，導致測量數據嚴重偏離目標真值，這部分嚴重偏離真值的數據稱為異常，野值的存在會嚴重污染算法處理結果，估計的彈道參數不準確，降低算法精度。

為了解決這個問題，國內外學者基于抗差估計理論研究了一系列的方法，SENG CH,LIN S F,JWO D J等人研究了一種新的基于Huber的濾波算法，可以實現更準確的估計和更快的收斂，但使得UKF無需求導、M估計抗異常誤差能力強等優點未能保留。付心如等人研究了一種抗差自適應UKF導航算法，該算法利用新息序列與殘差序列進行實時觀測噪聲統計特性匹配，并自適應調節濾波增益，提高了UKF的抗差與自適應能力。李嬋，張士峰，等研究了一種適用于再入彈道處理的自適應抗差濾波方法，該方法可實現異常值的分離和維納模型方差的自適應調整，并能有效減弱測量誤和動力學模型誤差對彈道處理精度的影響。然而，上述濾波算法可能存在由于誤差協方差矩陣出現負定導致數值穩定性較差的問題，并且這幾類方法針對單傳感器跟蹤目標，因此不能直接用于多傳感器跟蹤目標實時定軌中，在彈道數據處理方面存在一定的局限性。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種用于高精度彈道實時定軌的抗差加權觀測融合平方根UKF濾波方法。

本發明通過以下技術方案來實現的：

一種用于高精度彈道實時定軌的抗差加權觀測融合平方根UKF濾波方法，包括以下步驟：

步驟1，建立多傳感器彈道動力學系統模型；

步驟2，初始化，設定初始時刻傳感器的狀態向量協方差矩陣的平方根初值S^I(0)；

步驟3，集中式融合，計算集中式測量融合z⁽⁰⁾(k)，進而得到集中式融合非線性測量函數h⁽⁰⁾和集中式融合測量噪聲v⁽⁰⁾(k)；

步驟4，加權觀測融合，使用步驟3得到的h⁽⁰⁾和步驟2中的計算集中式融合測量系數矩陣H⁽⁰⁾和非線性逼近函數h(x(k),k)，對H⁽⁰⁾進行滿秩分解得到列滿秩矩陣M和行滿秩矩陣H^(I)，得到加權觀測測量融合值z^I(k)。