多测速系统中系统误差实时估计与校准算法

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1、第31卷第5期2012年lo月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．31NO．5Oct．2012多测速系统中系统误差实时估计与校准算法+梁小虎，朱武宣，张艳，赵华(北京跟踪与通信技术研究所·北京·100094)摘要：在实际目标跟踪系统中，测量设备都存在系统误差，会导致跟踪滤波精度显著下降。针对多测速系统，对其测速系统误差进行了简化数学建模；然后将其增广为状态变量，应用扩维无迹卡尔曼滤波对目标运动状态和系统误差进行联合估计，以实时校准系统误差、提高状态估计精度。在存在

2、主副站2类系统误差的条件下，设定恒定和线性时变2类系统误差场景，对算法进行仿真分析。仿真结果表明，算法在2类系统误差情形下都能有效校准系统误差，位置、速度滤波精度可提高80％以上；尤其是当系统误差恒定时，算法可完全消除系统误差的影响。关键词：系统误差建模；实时校准；扩维无迹卡尔曼滤波(UKF)；多测速系统；中图分类号：V557．1文献标志码：A文章编号：1674—5620(2012)05—0049—05RealtimeEstimateandCalibrationAlgorithmforSystematicError

3、inMultipleRange—RateMeasurementSystemLIANGXiaohu，ZHUWuxuan，ZHANGYan，ZHA0Hua(BeijingInstituteofTrackingandTelecommunicationsTechnology，Beijing100094)Abstract：Thesystematicerrorsofmeasurementequipmentdegradetrackingandfilteringaccuracyofspaceobjecttrackingsystem

4、s．Thispaperproposesasimplifiedmathematicmodelforthesystematicerrorsofmultiplerange-ratemeasurementsystems．ThesystemerrorsareextendedtostatevariableswithaugmenteddimensionUKF(Unscent—edKalmanFilter)tOjointlyestimatethestatesofobjectsandsystematicerrorsSOastocal

5、ibratethesystematicerrorsandimprovestateestimationaccuracy．Twoscenarioswithconstantandlineartime-varyingerrorsaresetforsimulationandanalysisofthealgorithmundertheconditionthatthereexitonlytwotypesoferrorsofamasterstationandslavestations．Simulationresultsshowth

6、attheproposedalgorithmeffectivelycalibratessystematicerrorsandimprovestrackingaccuracybyatleast80％inbothscenariosandtheimpactissignificantlyminimizedwhensystematicerrorsareconstant．Keywords：modelingofsystematicerror；realtimecalibration；augmenteddimensionUnscen

7、tedKalmanFilter(UKF)；multiplerange—ratemeasurementsystem0引言卡尔曼滤波是方差最小准则下的线性系统最优滤波方法。针对非线性系统的状态估计问题，在卡尔曼体系下衍生出的比较有影响力的算法有EKF(扩展卡尔曼滤波)、基于无迹变换的UKF(无迹卡尔曼滤波)和基于随机性采样的PF(粒子滤波)。综合考虑跟踪精度、滤波稳定性与计算复杂度3种因素，UKF算法的性能最优，在实际中获得了广泛的应用口]。例如，目前靶场的实时弹道计算中已广泛采用UKF算法[2J。UKF算法的理论前提

8、是假设测量噪声为零均值的高斯白噪声，对随机误差有显著的抑制效果。但实际测量时，除了含有随机误差，还存在系统误差，各类滤波算法可以在一定程度上抑制随机误差，却无法消除系统误差。大量仿真计算表明，当存在系统误差时，如果直接应用UKF算法会导致滤波精度显著下降∽]，甚至长时问的滤波会使滤波结果发散。因此，实时估计和校准系统误差成为进一步提高跟踪滤波精度的重要手段。