一种仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111736144A(43)申请公布日2020.10.02(21)申请号202010638406.8(22)申请日2020.07.06(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人周共健郭正琨李可毅(74)专利代理机构北京格允知识产权代理有限公司11609代理人张莉瑜(51)Int.Cl.G01S13/70(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图3页(54)发明名称一种仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法(57)摘要本发明涉及一种仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法、计算机设备及计算机可读存储介质，该方法包括：在距离‑多普勒子空间对机动转弯目标进行恒转弯运动建模，获得距离坐标系下的状态方程及对应距离量测的量测方程；从雷达处获取距离量测，若当前跟踪的周期k≤3，则利用基于恒转弯运动模型的初始化方法进行滤波初始化，若当前跟踪的周期k>3则跳过滤波初始化；利用距离量测进行非线性滤波，根据k‑1周期的状态估计和状态估计协方差，更新k周期的状态估计和状态估计协方差；判断是否结束状态估计过程。本发明能够针对不含角度量测和多普勒量测的距离量测序列进行滤波，从而估计出目标运动的距离‑多普勒状态。CN111736144ACN111736144A权利要求书1/5页1.一种仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在距离-多普勒子空间对机动转弯目标进行恒转弯运动建模，获得距离坐标系下的状态方程及对应距离量测的量测方程；S2、从雷达处获取距离量测，若当前跟踪的周期k≤3，则利用基于恒转弯运动模型的初始化方法进行滤波初始化，若当前跟踪的周期k>3则跳过滤波初始化执行步骤S3；其中k为正整数，进行滤波初始化时，获取k＝1、2、3周期的距离量测，利用k＝3周期的状态向量与k＝1、2、3周期的距离真值之间的关系，以距离量测替代距离真值，得到k＝3周期的状态估计，进而利用不敏变换计算k＝3周期的状态估计协方差；S3、利用距离量测进行非线性滤波，根据k-1周期的状态估计和状态估计协方差，更新k周期的状态估计和状态估计协方差；S4、判断是否结束状态估计过程，若不结束，则返回执行步骤S2。2.根据权利要求1所述的仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法，其特征在于，所述步骤S1中在距离-多普勒子空间对机动转弯目标进行恒转弯运动建模时，在只有距离量测的情况下，量测zk表示为：其中，为目标的距离量测，rk为目标的距离真值，为距离量测误差，距离量测误差为零均值高斯白噪声，方差为获得距离坐标系下，目标运动对应的状态方程表示为：xk+1＝f(xk)+vk其中，xk为状态向量，f为描述状态向量随时间演化规律的非线性函数，vk为过程噪声；对于恒转弯运动，状态向量和状态方程分别表示为：其中，表示从k周期的距离-多普勒状态演化而来的、没有过程噪声污染的k+1周期的距离，为多普勒，为转换多普勒的一阶导数，T为雷达采样间隔，w是恒转弯速率，q为笛卡尔坐标系中沿x轴和y轴方向过程噪声的标准差，过程噪声vk的方差表示为：2CN111736144A权利要求书2/5页其中，对应距离量测的量测方程表示为：其中，H为量测矩阵，wk为量测噪声，对应的量测噪声协方差矩阵为Rk。3.根据权利要求2所述的仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法，其特征在于，所述步骤S2中，进行滤波初始化时，在不考虑随机扰动的情况下，得到状态方程表示为：3CN111736144A权利要求书3/5页将包含k、k-1、k-2周期的状态方程联立组成方程组，解方程组，以k、k-1、k-2周期对应的距离真值表示k周期的状态向量的各元素，表达式为：利用距离量测替代距离真值，得到k周期的状态向量表达式为：其中，是由k-2、k-1、k周期对应的距离量测组成的向量，g是表征状态向量和k-2、k-1、k周期对应的距离量测组成的向量之间非线性关系的向量值函数；带入k＝3，计算相应的状态向量作为k＝3周期的状态估计；采用不敏变换计算k＝3周期的状态估计协方差。4.根据权利要求3所述的仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用不敏变换计算k＝3周期的状态估计协方差时，包括如下步骤：i首先计算向量rk的2nx+1个采样点ξki及其相应的权值W，表达式为：其中nx是向量rk的维数，λ是满足nx+λ≠0的标量参数，是矩阵均方根的第i行或第i列；然后计算各采样点的映射值和相应的转移状态，映射值表达式为：转移状态表达式为：最后计算状态估计协方差，表达式为：4CN111736144A权利要求书4/5页5.根据权利要求4所述的仅用距离观测的机动转弯目标状态估计方法，其特征在