[發明專利]一種針對量測數據帶零偏的單紅外傳感器目標定軌方法

有效

• 申請號: 202011247646.1
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112346033B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 薛文超;梁晨旭;方海濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院數學與系統科學研究院
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提出一種針對量測數據帶零偏的單紅外傳感器目標定軌方法，首先對紅外傳感器的角度量測進行等價變換，得到新的量測方程和噪聲協方差矩陣；進一步對目標的運動狀態模型進行等價變換得到等價定軌模型，量測模型變為線性模型；隨后本發明提出了一種新的基于無跡卡爾曼濾波的定軌算法，對等價定軌模型中的七維狀態變量進行了估計；利用量測零偏轉換公式和擴張狀態觀測器給出量測零偏引起的定軌誤差范圍的實時評估，實現目標定軌和定軌誤差范圍的實時評估。具體為：第一步：傳感器量測量的等價轉換及誤差范圍分析；第二步：帶有量測零偏的等價模型轉換；第三步：設計基于無跡卡爾曼濾波的定軌方法；第四步：目標定軌誤差范圍的實時評估。

技術領域

本發明涉及利用帶有量測零偏的單紅外傳感器進行目標定軌的方法，以及定軌誤差范圍的在線評估方法。該方法提出了基于無跡卡爾曼濾波的新定軌算法，對帶量測零偏的單紅外傳感器目標定軌及定軌誤差范圍實時評估問題提供了一個有效的解決方案。

背景技術

紅外傳感器的量測數據為表征傳感器與被觀測目標之間指向關系的兩個角度。傳統的利用紅外傳感器進行目標定軌的方法有很多，包括結合測距信息進行目標定軌和利用多傳感器信息融合進行目標定軌等。參見：1、陳一超,劉秉琦,黃富瑜.超大視場紅外雙目視覺極線約束與空間定位[J].2、杜蘭,鄭勇,張云飛,等.基于測距觀測的靜地衛星定軌精度分析[J].上海航天,2006,23(005):16-19.3、Nguyen?N?H,Doanay?K.ImprovedPseudolinear?Kalman?Filter?Algorithms?for?Bearings-Only?Target?Tracking[J].IEEE?Transactions?on?Signal?Processing,2017,PP(23):1-1.已有的方法存在以下局限性：

1、在單紅外傳感器定軌條件下缺少針對量測零偏的算法及算法穩定性保證。傳感器周邊環境和量測條件的影響會使得紅外傳感器產生量測零偏等系統性偏差，影響最終的定軌精度。與隨機量測噪聲不同，未知的量測零偏無法通過數據量的累計而消除。量測零偏會使得算法產生不穩定或者發散的情況，還會影響空間目標的定軌精度。

2、對量測零偏引起的定軌誤差范圍缺少在線評估方法。傳統的基于卡爾曼濾波的定軌算法無法對量測零偏引起的定軌誤差范圍進行實時評估。因為通過對定軌誤差范圍的實時評估可以確定定軌目標軌道真值所在的范圍，所以單紅外傳感器目標定軌問題需要在量測零偏存在時給出實時的定軌誤差范圍評估值。

為了解決上述問題，本發明針對帶量測零偏的單紅外傳感器目標定軌問題提出了新的基于無跡卡爾曼濾波的定軌算法，該算法具有穩定性，可以實現目標定軌。新定軌算法可在線給出量測零偏引起的定軌誤差范圍，從而實時評估目標定軌誤差的范圍。

發明內容：

本發明解決的技術問題：針對帶有量測零偏的單紅外傳感器目標定軌問題，提出了基于無跡卡爾曼濾波的定軌算法和針對量測零偏引起的定軌誤差范圍的實時評估方法，實現了目標定軌和濾波定軌誤差范圍的實時評估。

本發明的解決方案：首先對紅外傳感器的角度量測進行等價變換，得到新的量測方程和噪聲協方差矩陣；進一步對目標的運動狀態模型進行等價變換得到等價定軌模型，量測模型變為線性模型；隨后本發明提出了一種新的基于無跡卡爾曼濾波的定軌算法，對等價定軌模型中的七維狀態變量進行了估計；利用量測零偏轉換公式和擴張狀態觀測器給出量測零偏引起的定軌誤差范圍的實時評估，實現目標定軌和定軌誤差范圍的實時評估。

在利用帶有量測零偏的單紅外傳感器進行目標定軌時，因為量測零偏和動態系統特性的影響，傳統的定軌算法不具有穩定性，無法對定軌誤差范圍進行實時評估。根據上面的問題，本發明針對帶量測零偏的單紅外傳感器目標定軌問題提出了基于無跡卡爾曼濾波的定軌算法，實現了目標定軌和定軌誤差范圍的實時評估。