[发明专利]一种方向余弦坐标系下带多普勒量测的雷达目标跟踪方法

摘要

本发明涉及一种方向余弦坐标系下带多普勒量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和多普勒量测的乘积构造伪量测；量测转换步骤，将方向余弦坐标系下的位置量测转换到直角坐标系下，获得转换位置量测；无偏一二阶矩计算步骤，计算转换位置量测误差的无偏一二阶矩和伪量测误差的无偏一二阶矩；笛卡尔状态信息提取步骤，利用转换位置量测和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；伪状态空间构造及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，对伪状态信息和笛卡尔状态信息进行静态融合。

主权项

一种方向余弦坐标系下带多普勒量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，将方向余弦坐标系下的位置量测转换到直角坐标系下，获得转换位置量测；无偏一二阶矩计算步骤，利用所述伪量测和所述转换位置量测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；笛卡尔状态信息提取步骤，利用所述转换位置量测和所述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；伪状态空间构造及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，对所述伪状态信息和所述笛卡尔状态信息提取步骤所提取的笛卡尔状态信息进行静态融合；在所述伪量测构造步骤中，利用转换多普勒量测卡尔曼滤波器提取伪状态信息，以及在笛卡尔状态信息提取步骤中利用转换位置量测卡尔曼滤波器线性地提取目标笛卡尔状态信息；在所述伪量测构造步骤中，根据以下公式构造伪量测ηc(k)=rm(k)r·m(k)=η(k)+η~(k)---(1)]]>其中是直角坐标系中伪量测ηc(k)的转换误差，rm(k)和分别为径向距离和多普勒量测，下标m表明是测量值；下标c表明是转换值，η(k)是转换多普勒，是伪量测对应的真值；在所述量测转换步骤，依据以下公式将方向余弦坐标系下的量测转换到直角坐标系下xc(k)=rm(k)αm(k)=x(k)+x~(k)---(2)]]>yc(k)=rm(k)βm(k)=y(k)+y~(k)---(3)]]>zc(k)=rm(k)γm(k)=z(k)+z~(k)---(4)]]>其中，rm(k)，αm(k)，βm(k)和分别为径向距离、两个方向余弦和多普勒量测，xc(k)，yc(k)和zc(k)分别为直角坐标系中x，y和z方向上的转换后的位置量测，和分别是直角坐标系中相应的转换位置量测误差，rm(k)，αm(k)和βm(k)分别是当前时刻k雷达获得的距离量测和两个方向余弦量测，其中第三个方向余弦γm(k)为γm(k)=1-αm2(k)-βm2(k)---(5)]]>在所述无偏一二阶矩计算步骤中，利用以下公式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；其中转换位置量测误差和转换多普勒量测误差的均值和方差依次为μx(k)=0,μy(k)=0,μz(k)=rmE[γ~(k)],μη(k)=-ρσrσr·---(6)]]>Rxx=αm2σr2+rm2σα2+σr2σα2---(7)]]>Ryy=βm2σr2+rm2σβ2+σr2σβ2---(8)]]>Rzz=γm2σr2+(2rm2+σr2)E(γ~2)-2σr2γmE(γ~)-2rm2E2(γ~)---(9)]]>Rηη=r·m2σr2+rm2σr·2+2ρσrσr·rmr·m+(1+ρ2)σr2σr·2---(10)]]>Rxy=Ryx=σr2αmβm---(11)]]>Rxz=Rzx=σr2αm(γm-E(γ~))+(rm2+σr2)E(α~γ~)---(12)]]>Ryz=Rzy=σr2βm(γm-E(γ~))+(rm2+σr2)E(β~γ~)---(13)]]>Rxη=Rηx=r·mαmσr2+rmαmρσrσr·---(14)]]>Ryη=Rηy=r·mβmσr2+rmβmρσrσr·---(15)]]>Rzη=Rηz=r·mγmσr2+rmρσrσr·(γm-E(γ~))-r·mσr·2E(γ~)---(16)]]>其中E[γ~(k)]=-12γα′′σα2-12γβ′′σβ2,E(α~γ~)=γα′σα2,E(β~γ~)=γβ′σβ2---(17)]]>E(γ~2)=(γα′)2σα2+(γβ′)2σβ2+34(γα′′)2σα4+34(γβ′′)2σβ4+σα2σβ2[(γαβ′′)2+12γα′′γβ′′]---(18)]]>γα′=-αm(k)γm(k),γβ′=-βm(k)γm(k)---(19)]]>γα′′=-1-βm2(k)γm3(k),γβ′′=-1-αm2(k)γm3(k),γαβ′′=-αm(k)βm(k)γm3(k)---(20)]]>其中，σr，σα，σβ和分别是距离量测、两个方向余弦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。