單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種單被動(dòng)雷達(dá)最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，設(shè)及單被動(dòng)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)軌跡 優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 被動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤是利用被動(dòng)量測的目標(biāo)方位對(duì)固定/運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置、速度、 航向的估計(jì)。在許多實(shí)際工程中都能見到它的應(yīng)用，如空中偵察/預(yù)警、航海中的目標(biāo)捜 救、紅外探測等。量測方程的非線性給該類本質(zhì)上非線性問題求解帶來很大的困難。由于僅 有角度量測，系統(tǒng)存在特殊的可觀測性問題。對(duì)于被動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，即使方位量測是精確的， 要想保證系統(tǒng)的可觀測性，觀測平臺(tái)必須機(jī)動(dòng)。對(duì)定位系統(tǒng)，只要觀測平臺(tái)不是一直沿著瞄 準(zhǔn)線運(yùn)動(dòng)，即量測角度不是恒等于常數(shù)，理論上定位系統(tǒng)是可觀測的。由于角度量測總不免 受量測噪音的干擾，觀測平臺(tái)機(jī)動(dòng)方式的選擇對(duì)于被動(dòng)定位與跟蹤的質(zhì)量起著極為重要的 作用，集中地體現(xiàn)在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的收斂時(shí)間的快慢、收斂率的大小W及收斂后的精 度、穩(wěn)定性等性能上。為了能夠快速、準(zhǔn)確地求出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)要素，觀測平臺(tái)的機(jī)動(dòng)問題引起 了眾多學(xué)者關(guān)注，并成為一個(gè)棘手的問題。
[0003] 被動(dòng)定位與跟蹤系統(tǒng)觀測平臺(tái)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)問題在繼Looney等人提出最早的觀測 平臺(tái)機(jī)動(dòng)的思想W后，在之后的幾十年中得到了很大發(fā)展。人們?cè)噲D應(yīng)用多種方法來解決 該一問題，其中主要包括應(yīng)用最優(yōu)控制理論、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、微分包含等方法來解決 觀測平臺(tái)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)問題。Liu在研究固定目標(biāo)定位問題時(shí)，WFIM下界為性能指標(biāo)，把最 優(yōu)控制理論的Hamilton-化cobi方程用于尋找觀測平臺(tái)的軌跡?；蛘咧苯踊谧畲蠡疐IM 的行列式，用微分包含技術(shù)試圖尋找目標(biāo)定位問題的觀測平臺(tái)最優(yōu)軌跡；對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的定 位與跟蹤，一些文獻(xiàn)也進(jìn)行了嘗試，如用馬爾可夫鏈描述機(jī)動(dòng)目標(biāo)航路，給出動(dòng)態(tài)模型，然 后最優(yōu)化觀測平臺(tái)機(jī)動(dòng)軌跡。化sserieux從FIM導(dǎo)出精度準(zhǔn)則最小原則，用最優(yōu)控制理論 來確定勻速觀測平臺(tái)的航向，部分通過解析方法，部分通過數(shù)值迭代過程建立和解析出最 佳觀測平臺(tái)機(jī)動(dòng)的必要條件巧uler方程）。也有考慮現(xiàn)在和將來目標(biāo)位置和速度誤差，用 最小化&amer-Rao下界（CRLB)的跡作為性能指標(biāo)來研究觀測平臺(tái)的最優(yōu)軌跡，使當(dāng)前目 標(biāo)位置誤差、目標(biāo)速度誤差、預(yù)測目標(biāo)位置誤差最小。
[0004] 在單被動(dòng)雷達(dá)跟蹤目標(biāo)的軌跡優(yōu)化的一些實(shí)際應(yīng)用中，由于種種限制條件的因 素，有的時(shí)候飛行平臺(tái)無法純粹的按照一些優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)軌跡的運(yùn)動(dòng)。所述限制條件 是指在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)平臺(tái)只能在跟蹤目標(biāo)的一側(cè)做類直線運(yùn)動(dòng)，并且在有限的跟蹤時(shí) 間內(nèi)只能折返一次進(jìn)行返航。多次實(shí)驗(yàn)表明拐點(diǎn)選擇對(duì)跟蹤效果有著決定性的影響，如果 拐彎過早則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差在默契發(fā)散，如果拐點(diǎn)選擇過晚則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差發(fā)散。所W 在既定的有限跟蹤時(shí)長內(nèi)在哪個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行返航，W及是否返航才能達(dá)到較好的跟蹤效 果，就成為了需要研究的問題。
[0005] 國內(nèi)外對(duì)軌跡優(yōu)化的問題主要集中在通過可觀測程度W及一些幾何關(guān)系如方位 角變化率最大等指標(biāo)對(duì)軌跡進(jìn)行優(yōu)化，但并沒有針對(duì)如上的限制條件進(jìn)行研究。所W到限 制條件的應(yīng)用時(shí)該些指標(biāo)并不能很好的指導(dǎo)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，W解決 在跟蹤目標(biāo)時(shí)，拐彎過早則會(huì)導(dǎo)致跟蹤誤差在默契發(fā)散，如果拐點(diǎn)選擇過晚則會(huì)導(dǎo)致跟蹤 誤差發(fā)散，影響跟蹤精度的問題。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：
[000引技術(shù)方案一；一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，所述方法的實(shí)現(xiàn) 過程為：
[0009] 步驟一、獲取跟蹤總時(shí)長T，尋找跟蹤目標(biāo)與飛行平臺(tái)直線飛行軌跡的垂足點(diǎn)A;
[0010] 步驟二、飛行平臺(tái)到達(dá)A點(diǎn)后，記錄跟蹤時(shí)長tg;
[0011] 步驟S、計(jì)算最優(yōu)拐點(diǎn)tp， j〇
[0012] 技術(shù)方案二；一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法，所述方法的實(shí)現(xiàn) 過程為：
[0013] 步驟一、設(shè)置變量參數(shù)，平臺(tái)初始位置Xp，目標(biāo)初始位置Xt，平臺(tái)速度Vp，設(shè)置初始 拐彎時(shí)間tl;
[0014] 步驟二、生成平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡，并在ti時(shí)間處拐彎，生成完整的跟蹤航跡，i為跟蹤每 時(shí)刻；
[0015] 步驟=、將生成的航跡計(jì)算全局方位角變化速率A0。并保存，n為蒙特卡洛次數(shù) n二 1，?..；
[0016] 步驟四、判斷拐點(diǎn)ti是否超出跟蹤時(shí)長，未超出時(shí)長則生成下次拐彎時(shí)刻；tw= ti+lOOs，然后執(zhí)行步驟二；超出時(shí)長則執(zhí)行步驟五。
[0017] 步驟五、找出全局方位角變化率最大的拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)即為所求的最優(yōu)拐點(diǎn)，將此條 航跡信息輸入到跟蹤系統(tǒng)中進(jìn)行跟蹤；
[0018] 步驟六、得到跟蹤結(jié)果。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是：
[0020] 本發(fā)明針對(duì)【背景技術(shù)】所述的限制條件進(jìn)行，通過全局方位角變化率W及最小徑向 距離該些指標(biāo)為參考，對(duì)該限制條件下的軌跡優(yōu)化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
[0021] 本發(fā)明給出了無源單站定位在平臺(tái)只能在目標(biāo)一側(cè)直線運(yùn)動(dòng)，并且只可進(jìn)行一次 拐彎從而返航的特殊條件下，通過選擇全局方位角變化率最大W及徑向距離最小的最優(yōu)拐 點(diǎn)W改善跟蹤效果的一種軌跡優(yōu)化方法。仿真實(shí)驗(yàn)證明，通過該種方法篩選出的最優(yōu)拐點(diǎn) 能夠保證跟蹤誤差收斂于很小的數(shù)值，相對(duì)于其他拐點(diǎn)能夠極大的改善跟蹤效果。
【附圖說明】
[0022] 圖1是單平臺(tái)只測角定位示意圖，圖2為二維定位示意圖，圖3是方位角變化率示 意圖，圖4是在飛行器到達(dá)A點(diǎn)后在剩余跟蹤路程1/3折返示意圖；圖5是蒙特卡洛法流程 圖；
[0023] 圖6至圖13分別表示在不同初始條件下使用蒙特卡洛法求出最優(yōu)拐點(diǎn)后生成的 航跡，X、Y坐標(biāo)表示平臺(tái)與跟蹤目標(biāo)所在二維平面的位置；
[0024]圖14、圖17、圖20、圖23表示手動(dòng)選擇拐點(diǎn)后生成的航跡；X、Y坐標(biāo)表示平臺(tái)與跟 蹤目標(biāo)所在二維平面的位置，單位；m;
[002引圖15、圖18、圖21、圖24表示手動(dòng)選擇拐點(diǎn)后平臺(tái)跟蹤目標(biāo)后所生成的目標(biāo)跟蹤 航跡；X、Y坐標(biāo)表示平臺(tái)與跟蹤目標(biāo)所在二維平面的位置，單位；m;
[0026] 圖16、圖19、圖22、圖25表示手動(dòng)選擇拐點(diǎn)后平臺(tái)跟蹤目標(biāo)所產(chǎn)生的誤差，X坐標(biāo) 表示跟蹤時(shí)長，單位；S，Y坐標(biāo)表示跟蹤誤差，單位；m;
[0027] 圖26表示選擇最優(yōu)拐點(diǎn)后生成的航跡，X、Y坐標(biāo)表示平臺(tái)與跟蹤目標(biāo)所在二維平 面的位置，單位；m;
[002引圖27表示選擇最優(yōu)拐點(diǎn)后平臺(tái)跟蹤目標(biāo)后所生成的目標(biāo)跟蹤航跡；X、Y坐標(biāo)表示 平臺(tái)與跟蹤目標(biāo)所在二維平面的位置，單位；m;
[0029] 圖28表示選擇最優(yōu)拐點(diǎn)后平臺(tái)跟蹤目標(biāo)所產(chǎn)生的誤差；X坐標(biāo)表示跟蹤時(shí)長，單 位：S，Y坐標(biāo)表示跟蹤誤差，單位；m。
[0030] 圖中，"1"表示箭關(guān)指向的跟蹤目標(biāo)（跟蹤目標(biāo)為一點(diǎn)）。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0031] 一；如圖1~4所示，本實(shí)施方式所述的一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下 最優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法的實(shí)現(xiàn)過程為：
[0032] 步驟一：獲取跟蹤總時(shí)長T，尋找跟蹤目標(biāo)與飛行平臺(tái)直線飛行軌跡的垂足點(diǎn)A;
[0033] 步驟二；飛行平臺(tái)到達(dá)A點(diǎn)后，記錄跟蹤時(shí)長tg;
[0034] 步驟S;計(jì)算最優(yōu)拐點(diǎn)tp， 〇
[0035] 上述方案的=個(gè)步驟是通過理論證明后的得到的最優(yōu)拐點(diǎn)的結(jié)論，參考圖4。
【具體實(shí)施方式】 [0036] 二；如圖5所示，本實(shí)施方式所述的一種單被動(dòng)雷達(dá)限制條件下最 優(yōu)拐點(diǎn)的確定方法的實(shí)現(xiàn)過程為：
[0037] 步驟一；設(shè)置變量參數(shù)，平臺(tái)初始位置Xp，目標(biāo)初始位置Xt，平臺(tái)速度Vp，設(shè)置初始 拐彎時(shí)間ti;
[003引步驟二：生成平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡，并在ti時(shí)間處拐彎，生成完整的跟蹤航跡，i為跟蹤 每時(shí)刻；
[0039] 步驟將生成的航跡計(jì)算全局方位角變化速率A0。并保存，n為蒙特卡洛次數(shù) n二 1，?..；
[0040] 步驟四：判斷拐點(diǎn)ti是否超出跟蹤時(shí)長，未超出時(shí)長則生成下次拐彎時(shí)刻；tw= ti+lOOs然后執(zhí)行步驟二；超出時(shí)長則執(zhí)行步驟五。
[0041] 步驟五；找出全局方位角變化率最大的拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)即為所求的最優(yōu)拐點(diǎn)，將此條 航跡信息輸入到跟蹤系統(tǒng)中進(jìn)行跟蹤；
[0042] 步驟六：得到跟蹤結(jié)果。
[0043] 上述方案的六個(gè)步驟是通過實(shí)驗(yàn)求得最優(yōu)拐點(diǎn)的方法，與上面利用理論求得的最 優(yōu)拐點(diǎn)結(jié)果相同。
[0044] 針對(duì)本發(fā)明方法再進(jìn)行如下闡述：
[0045] 單站只測角定位系統(tǒng)可觀測性較弱，軌跡優(yōu)化的過程也