[发明专利]一种球坐标系下带多普勒观测的雷达目标跟踪方法

摘要

本发明涉及一种球坐标系下带多普勒观测的雷达目标跟踪方法，该方法包括以下步骤伪量测构造步骤，通过当前时刻k雷达获得的距离量测rm(k)和多普勒量测的乘积构造伪量测(转换多普勒)；量测转换步骤，将球坐标系量测转换到直角坐标系；无偏一二阶矩计算步骤，计算转换位置量测误差和转换多普勒量测误差的无偏一二阶矩；伪状态空间构造及利用CDMKF提取伪状态信息，通过当前时刻转换多普勒η(k)及其导数构造伪状态空间，并提取伪状态信息；笛卡尔状态信息提取步骤，提取目标的笛卡尔状态信息；以及静态融合步骤，静态融合伪状态信息提取步骤的伪状态信息和笛卡尔状态信息提取步骤所提取的笛卡尔状态信息。

主权项

一种球坐标系带多普勒观测的雷达目标跟踪方法，包括以下步骤：伪量测构造步骤，通过当前时刻k雷达获得的距离量测rm(k)和多普勒量测的乘积构造伪量测；量测转换步骤，将球坐标系下的量测无偏地转换到直角坐标系下；根据所述伪量测和转换位置量测，在所述直角坐标系下计算转换位置量测误差的无偏一二阶矩和转换多普勒量测误差的无偏一二阶矩的步骤；笛卡尔状态信息提取步骤，利用转换位置量测及其转换位置量测误差的无偏一二阶矩提取目标的笛卡尔状态信息；伪状态信息提取步骤，利用伪量测的真值及其导数构造伪状态空间，并利用伪量测和笛卡尔状态信息提取伪状态信息；静态融合步骤，对所述伪状态信息提取步骤所提取的伪状态信息和所述笛卡尔状态信息提取步骤所提取的目标的笛卡尔状态信息进行静态融合；在所述伪状态信息步骤中，利用转换多普勒量测卡尔曼滤波器提取伪状态信息；以及在所述笛卡尔状态信息提取步骤中，由转换位置量测卡尔曼滤波器提取目标的笛卡尔状态信息；在所述伪量测构造步骤中，利用以下的公式构造所述伪量测ηc(k)=rm(k)r·m(k)=η(k)+η~(k)---(1)]]>其中是笛卡尔坐标系中伪量测ηc(k)的转换误差；在所述量测转换步骤，利用以下的公式将球坐标系下的量测无偏地转换到直角坐标系下xcu(k)=eσβ2+σϵ22rm(k)cosβm(k)cosϵm(k)=x(k)+x~(k)---(2)]]>ycu(k)=eσβ2+σϵ22rm(k)sinβm(k)cosϵm(k)=y(k)+y~(k)---(3)]]>zcu(k)=eσϵ2/2rm(k)sinϵm(k)=z(k)+z~(k)---(4)]]>其中，和分别为笛卡尔坐标系中x，y和z方向上的转换后位置量测，和分别是笛卡尔坐标系中相应的位置转换量测误差，rm(k)，βm(k)和εm(k)分别是当前时刻k雷达获得的距离量测、方位角量测和俯仰角量测；在计算转换位置量测误差和转换多普勒量测误差的无偏一二阶矩的步骤中，利用以下的公式依次计算位置转换量测误差和转换多普勒量测误差的均值和方差μx(k)=(eσβ2+σϵ22-e-σβ2-σϵ22)rm(k)cosβm(k)cosϵm(k)---(5)]]>μy(k)=(eσβ2+σϵ22-e-σβ2-σϵ22)rm(k)sinβm(k)cosϵm(k)---(6)]]>μz(k)=(eσϵ2/2-e-σϵ2/2)rm(k)sinϵm(k)---(7)]]>μη(k)=ρσrσr·---(8)]]>Rxx(k)=(rm2(k)+σr2)(1+e-2σβ2cos(2βm(k)))(1+e-2σϵ2cos(2ϵm(k)))/4-e-σβ2-σϵ2rm2(k)cos2βm(k)cos2ϵm(k)---(9)]]>Ryy(k)=(rm2(k)+σr2)(1-e-2σβ2cos(2βm(k)))(1+e-2σϵ2cos(2ϵm(k)))/4-e-σβ2-σϵ2rm2(k)sin2βm(k)cos2ϵm(k)---(10)]]>Rzz(k)=(rm2(k)+σr2)(1-e-2σϵ2cos(2ϵm(k)))/2-e-σϵ2rm2(k)sin2ϵm(k)---(11)]]>Rxy(k)=Ryx(k)=(rm2(k)+σr2)e-2σβ2sin(2βm(k))(1+e-2σϵ2cos(2ϵm(k)))/4-e-σβ2-σϵ2rm2(k)sinβm(k)cosβm(k)cos2ϵm(k)---(12)]]>Rxz(k)=Rzx(k)=e-σβ22-2σϵ2cosβm(k)sin(2ϵm(k))(rm2(k)+σr2)/2-e-σβ22-σϵ2rm2(k)cosβm(k)sinϵm(k)cosϵm(k)---(13)]]>Ryz(k)=Rzy(k)=e-σβ22-2σϵ2sinβm(k)sin(2ϵm(k))(rm2(k)+σr2)/2-e-σβ22-σϵ2rm2(k)sinβm(k)sinϵm(k)cosϵm(k)---(14)]]>Rηη(k)=rm2(k)σr·2+σr2r·m2(k)+(1+5ρ2)σr2σr·2+2rm(k)r·m(k)ρσrσr·---(15)]]>Rxη(k)=Rηx(k)=e-σβ2-σϵ22cosβm(k)cosϵm(k)(r·m2(k)σr2+rm(k)ρσrσr·)---(16)]]>Ryη(k)=Rηy(k)=e-σβ2-σϵ22sinβm(k)cosϵm(k)(r·m2(k)σr2+rm(k)ρσrσr·)---(17)]]>Rzη(k)=Rηz(k)=e-σϵ2/2sinϵm(k)(r·m2(k)σr2+rm(k)ρσrσr·)---(18)]]>其中，rm(k)，βm(k)和εm(k)和分别是当前时刻k雷达获得的距离量测、方位角量测、俯仰角量测和多普勒量测，σr，σβ，σε和分别是距离量测、方位角量测、俯仰角量测和多普勒量测的测量偏差。ρ是距离和多普勒量测之间的相关系数，Rxx(k)即指转换量测误差的方差，Rxy(k)即指转换量测误差和之间的互协方差。