基于外定界椭球集员估计的纯方位目标跟踪

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1、2017年3月第43卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2017V01．43No．3http：ffbhxb．buaa．edu．en．jbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0196基于外定界椭球集员估计的纯方位目标跟踪刘玉双，赵剡+，吴发林(北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100083)摘要：针对在未知但有界噪声假设下的双基阵纯方位目标跟踪问题，本文提

2、出了一种基于外定界椭球的集员估计(EOB．SME)跟踪算法。该算法具有类似于Kalman滤波的预测．校正递推更新结构，并且在时间更新和量测更新递推阶段分别有一个加权参数。通过最小化估计误差的Lyapunov函数的上界来求取量测更新递推阶段的加权参数，减少了算法的计算量；同时将非线性系统线性化后所产生的误差用椭球进行外包，与量测噪声椭球组成新的噪声椭球。仿真结果表明：在有界噪声假设下，本文所提出算法对纯方位机动目标的跟踪精度更高。关键词：集员估计；Kalman滤波；外定界椭球；状态估计；纯角度机动目标跟踪中图分类号：V249文献标识

3、码：A文章编号：1001—5965(2017)03-0497-09纯方位目标跟踪是仅利用目标方位角的信息对机动目标进行定位，即通过单个或多个被动传感器(红外或声呐)对受噪声污染的目标方位角信息进行持续测量，并利用相关的非线性滤波算法估计目标的运动参数(位置、速度和加速度等)，其属于被动无源定位跟踪，具有隐蔽性好和抗干扰能力强等优点。1之J。由于单被动传感器对目标进行跟踪可能导致观测系统的不可观，基于三角定位原理，双基阵纯方位机动目标跟踪问题摆脱了对单基阵需要机动要求的限制，因此，基于双基阵的纯方位机动目标跟踪算法有较广的工程应用前

4、景¨。1。在纯方位目标跟踪问题中，所能获得的测量信息只有目标的方位角。由于测量与被估计量之问是强非线性映射(反正切函数)，只利用角度信息对目标进行被动跟踪定位是一个非线性状态估计问题。而针对非线性滤波问题，主要分为基于统计噪声假设的滤波算法和基于未知但有界(Unknown．But．Bounded，UBB)噪声假设的滤波算法。对于通常的机动目标跟踪问题，常把系统模型和量测方程所受到的噪声扰动视为随机变量，用一定的概率参数来对其进行描述，例如高斯噪声或有色噪声旧。1⋯。在统计噪声假设下，递推跟踪算法得到迅速发展。Aidala¨¨分析了

5、扩展Kal—man滤波(ExtendedKalmanFilter，EKF)在纯方位目标跟踪中的性能，由于EKF的线性化的误差较大，其性能不稳定。鹿传国等¨引提出基于距离参数化的均方根容积卡尔曼滤波(CubatureKalmanFilter，CKF)算法；Leong等Ⅲo提出了一种高斯和CKF纯方位跟踪算法；方君等¨41提出了一种强跟踪平方根CKF算法。以上基于CKF的跟踪算法计算时间都在秒级，而基于粒子滤波的纯方位跟踪滤波算法，计算时间也都在秒级儿5’”。。以上机动目标跟踪算法都是基于统计噪声假设，但是当噪声的统计假设不成立时，将

6、会影响跟踪算法的性能。而对于在线的实时跟踪测量系统，当仅能获得较少的传感器测量数据时，很难确定测量数据的噪声概率分布函数。与统计噪声假收稿日期：2016-03．11；录用日期：2016-05-20；网络出版时间：2016-07-0511：34网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160705．1134．001．html基金项目：国家自然科学基金(61233005)；国家“973”计划(2014CB744200)}通讯作者：E—mail：zhaoyan@buaa．edu．cn；f用榕

7、式：刘玉双，赵剃，吴发林．基于外定界椭球集员估计的纯方位目标跟踪fJj．北京航空航天大学学报，2017，43f3)：497．505．LIUyS，ZHAOY，WUFL．Bearing—onlytargettrackingbasedOnellipsoidalouter-boundingset·membershipestimationUJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，20t7，430)：497—505(inChinese)．498北京航空航天大学学报设的估

8、计算法不同，基于未知但有界噪声假设的集员估计(Set—MembershipEstimation，SME)算法只要求噪声有界，且噪声界已知，而不需要对噪声在界内的统计特性做任何假设¨⋯。集员估计所求出的是系统状态的一个可行集，可行集内的每个元素都可作