[发明专利]一种转弯机动运动目标速度估计方法

说明书

本发明公开了一种转弯机动运动目标速度估计方法，利用基阵获取水下运动目标的宽带阵列接收信号，计算不同时刻宽带阵列接收信号的空间谱，空间谱为空间所有可能来波方向的能量分布，通过空间谱估计获取目标的方位观测数据。观测平台匀速运动，机动前后目标匀速运动，根据方位观测数据，估计机动前后目标相对速度；利用转弯机动运动特性，估计机动前后目标速度。本发明计算方法简单，不需要估计初值，不存在滤波发散问题，算法稳定性好；观测平台匀速运动，利于提高隐蔽性，而水下目标为侦察而机动时，观测平台可及时把握战机。

技术领域

本发明涉及水声信号处理技术，具体涉及一种运动目标速度估计方法。

背景技术

机动目标跟踪是战场侦察的一个重要发展方向。战场上，通常目标不会一直保持匀速直线运动,在运动过程中常会出现速度方向发生改变但速度大小变化不大、类似于分段匀速运动的方向突变机动，简称为转弯机动。本发明特别研究这类运动情况,转弯机动目标的速度估计是机动目标跟踪和目标状态估计的一个重要组成部分。基于目标方位观测的水下机动目标跟踪定位在水下探测中有重要的应用，目前常用的方法是卡尔曼滤波，卡尔曼滤波是解决线性系统状态估计的主要方法之一，但基于方位观测的水下目标跟踪系统具有高度非线性，线性化后产生估计误差。另外，卡尔曼滤波对初值比较敏感，存在滤波发散、跟踪精度低、收敛速度慢等问题，一定程度上限制了状态估计的性能，也导致了算法处理上的一些困难，难以满足实际需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种计算量小、稳定性好、隐蔽性强的转弯机动运动目标速度估计方法，本发明利用水下目标方位观测，在观测平台匀速运动，目标转弯机动的情况下，利用转弯机动运动特性实现目标机动前后的速度估计，为进一步的机动目标跟踪和目标状态估计奠定了基础。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种转弯机动运动目标速度估计方法，包括以下步骤：

步骤1，利用基阵获取水下运动目标的宽带阵列接收信号，计算不同时刻宽带阵列接收信号的空间谱，空间谱为空间所有可能来波方向的能量分布，通过空间谱估计获取目标的方位观测数据。

步骤2，观测平台匀速运动，机动前后目标匀速运动，根据步骤1获取的方位观测数据，计算机动前后目标相对速度。

其中，矩阵

其中，p₁表示机动前目标相对速度，A₁表示机动前数据矩阵，Z₁表示机动前观测向量，(·)^-1表示取逆，(·)^T表示矩阵转置，p₂表示机动后目标相对速度，A₂表示机动后数据矩阵，Z₂表示机动后观测向量，t_j表示测量时刻，β_j为t_j时刻的方位观测量，t_m为机动时刻，m为整数，t_p＜t_m，t_q＞t_m，，t_p为机动前的第p时刻，p为整数，t_q为机动后的第q时刻，q为整数，t_N为第N时刻，N表示观测样本总长度。

步骤3，估计目标速度。对于转弯机动运动目标，机动前后目标速度为: