[发明专利]基于非线性最优平滑层策略的平滑变结构滤波方法及系统

权利要求书

1.一种基于非线性最优平滑层策略的平滑变结构滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于非线性切换函数在最小均方误差准则下实时计算非线性最优平滑层参数；

将所述非线性最优平滑参数与预设的平滑层参数对比，以判断当前模型不确定度的大小；以及

根据当前模型不确定度的大小，采用一种自适应切换策略计算增益项，并利用所述增益项在一个先验预测-后验更新的框架中计算目标状态估计值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非线性最优平滑层参数的计算公式为：

其中，artanh(·)是定义在矩阵各元素上的反双曲正切函数；表示第k+1帧雷达量测矩阵的满秩分块子矩阵，其中m和n分别是系统状态变量和观测变量的维度；和是先验状态估计误差协方差阵P(k+1|k)的分块子矩阵；e_z(k+1|k)是观测新息项；S(k+1)是新息协方差阵；E_z和E_y是混合误差项；是对状态转移矩阵引入变换矩阵T后的变换状态转移矩阵表示主对角元素为矢量a的对角阵。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述非线性最优平滑参数与预设的平滑层参数对比，以判断当前模型不确定度的大小，进一步包括：

当Ψ_NGVBLΨ_max时，判定为高模型不确定度，其中，Ψ_NGVBL为非线性最优平滑层参数，Ψ_max为预设的平滑层参数；

当Ψ_NGVBL≤Ψ_max时，判定为低模型不确定度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所判断的当前模型不确定度大小，采用一种自适应切换策略计算增益项，表述为：

在低模型不确定度条件下，增益项的计算公式为：

在高模型不确定度条件下，增益项的计算公式为：

K(k+1)＝K_NGVBL，

K_NGVBL＝P(k+1|k)H(k+1)^TS(k+1)^-1。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述增益项在一个先验预测-后验更新的框架中计算目标状态估计值，包括：

以k＝0时刻目标状态变量和状态估计协方差P(0|0)为初始化数据，迭代计算k+1时刻的状态变量及其协方差阵的后验估计和P(k+1|k+1)，k＝0,1,2,…，直至雷达系统判定航迹结束，具体步骤如下：

5-1)基于预设的目标运动模型和雷达量测模型，计算k+1时刻的目标状态先验估计雷达量测先验估计和先验状态估计协方差阵P(k+1|k)：

其中，和u是控制输入矩阵和控制输入变量，Q是过程噪声协方差；

5-2)利用k+1时刻雷达扫描的目标量测z(k+1)，计算先验量测误差：

计算混合误差项，用e_z(k|k)表示k时刻的后验量测误差，·_ABS表示对矢量逐元素取绝对值，和是取值在(0,1)区间的衰减因子：

计算新息协方差阵S(k+1)：

S(k+1)＝H(k+1)P(k+1|k)H(k+1)^T+R(k+1)，

将先验量测误差计算公式、混合误差项计算公式和新息协方差阵计算公式代入一种自适应切换策略计算增益项K(k+1)；

5-3)利用5-2)中的各项先验预测值和5-3)中的增益项K(k+1)，计算目标状态后验估计和后验状态估计协方差阵P(k+1|k+1)：

P(k+1|k+1)＝[I-K(k+1)H(k+1)]P(k+1|k)[I-K(k+1)H(k+1)]^T+K(k+1)R(k+1)K(k+1)^T

其中，是单位阵，R表示量测噪声协方差。