指定域多无人机协同目标跟踪研究

由于战场环境日益复杂、对抗性日益增强、任务日益多样和单机能力受限特性,多无人机协同执行作战任务已经成为无人机系统应用的重要发展趋势;针对协同作战中的系统复杂性、时间敏感性和通信计复杂性等特点进行分析,结合无人机运动性能及自主协同控制能力提出指定域多无人机协同目标跟踪的研究模型;首先建立面向战术任务的多无人机协同目标跟踪模型,其次在指定域范围内对多无人机进行面向持续跟踪模型的优化,最后选取一定数量的无人机在指定域内进行仿真,实验结果表明:面向持续的指定域多无人机协同目标跟踪模型是有效的,且具有较好的目标状态估计性能。

模型不确定下无人艇协同目标跟踪控制

本文针对感知信息不完全、模型参数不确定、海洋环境扰动下的多无人艇系统,文章提出了分布式分层协同目标估计与控制结构.在通信层级,本文设计了基于单向通信拓扑的分布式扩张状态观测器,实现了对非合作目标速度与位置的分布式估计;在控制层级,设计了仅需要相对视距距离的降维扩张状态观测器,不仅实现了对未知动力学不确定性的估计,而且简化了观测器的结构.本文设计了基于降维扩张状态观测器的抗干扰位置跟踪控制律,提高了协同目标跟踪的抗干扰能力.文章采用级联系统稳定性分析证明了闭环系统是输入状态稳定的.此外,本文证明了闭环系统内跟踪误差是一致最终有界的.仿真结果验证了所提方法的有效性.

重尾非高斯定位噪声下鲁棒协同目标跟踪

针对定位数据的统计特性未知且易受异常值干扰而影响协同目标跟踪性能的问题,提出一种重尾非高斯定位噪声下的鲁棒协同目标跟踪方法.该方法假设定位噪声服从多元学生t-分布,建立联合估计目标状态与定位噪声参数的贝叶斯模型.针对目标状态与噪声分布参数相互耦合而难以计算联合后验分布的问题,应用变分贝叶斯推断原理和平均场理论对后验分布进行解耦,将目标状态与定位噪声参数的联合后验分布估计问题转化为最优化问题,以交替优化的方式实现系统参数的在线递推估计.对提出的协同目标跟踪方法进行测试.仿真结果表明,当定位数据中存在未知的野值噪声时,提出的协同跟踪算法具有较好的鲁棒性.

基于非线性导引的多无人机协同目标跟踪控制

提出了一种基于非线性导引的多无人机协同目标跟踪控制方法,采用速度和航向2个通道解耦的控制方式,通过速度控制无人机间相位差实现多机协同,利用航向控制实现无人机对期望轨迹的跟踪。首先,利用相位差一致算法计算得出速度指令;然后,利用非线性导引轨迹跟踪算法得出偏航角速度指令,并将指令发送给自动驾驶仪;最后,对4架无人机在均匀分布绕飞、编队协同跟踪2种场景下的协同跟踪进行了仿真验证,结果表明该方法在2种场景下均获得较好的跟踪效果。

面向机动目标的分布式弹群在线协同定位方法

机动目标的高精度协同定位是协同打击的关键,通过分布式弹群来实现协同定位是目前研究的热点。提出了一种分布式弹群在线协同定位的策略,解决弹群通信受限条件下协同定位的实时性问题;针对目标状态估计中模型非线性、噪声非高斯分布等特点,提出了容积卡尔曼粒子滤波算法;设计了自适应转弯速率的匀速转弯模型,并将现有的二维匀速转弯模型扩展至三维,解决了现有匀速转弯模型先验转弯速率固定,导致定位精度不高的问题;设计了自适应模型转移概率的交互多模型方法,实时修正马尔可夫转移概率,解决了单模型滤波定位精度不高的问题。通过仿真验证了所提策略和方法的有效性和准确性。

基于通信与观测联合优化的多无人机协同目标跟踪控制

为了提高目标跟踪任务的执行效能,提出一种基于通信与观测联合优化的多无人机协同运动目标跟踪控制方法.建立以信息成功传递概率描述的通信链路模型,采用扩展信息滤波实现目标状态融合估计与预测,使用Fisher信息矩阵对无人机观测所获取的信息进行表征.通过将信息成功传输概率引入到优化指标函数中,建立多无人机协同目标跟踪运动控制的滚动时域优化模型,实现通信与观测的联合优化,而这种联合优化体现在提高无人机与地面站之间信息成功传输概率与降低目标状态估计不确定性之间的折中.与不考虑通信优化的跟踪控制对比表明,所提方法可以提高跟踪过程中各架无人机与地面站之间的信息传输概率,使目标状态的全局融合估计结果更精确、更有效.

对极几何约束下的粒子滤波目标协同跟踪算法

为了提高双视角条件下的粒子滤波目标跟踪算法的性能,提出了对极约束下的粒子滤波目标协同跟踪算法.利用对极几何约束,一方面对协同跟踪过程中的目标检测区域进行限制,减少检索空间;另一方面对粒子滤波目标跟踪算法的状态转移模型进行改进,减少目标在监控重叠区域时,每个摄像头跟踪所需的粒子总数.最后,从帧率、中心误差及覆盖率上,对算法的性能进行分析比较.实验结果表明,算法在时间性能上能满足实时性要求,准确度上较之经典粒子滤波目标跟踪算法,有了明显的提高.

目标协同跟踪系统图像监控软件流程设计

为更好地对复杂战场环境下敌方目标运动状态作出精确估计并实施精确打击,提出了构建基于多传感器的目标协同跟踪系统的设计方案。设计的系统主要由可见光无人传感器平台、指挥控制中心、传输设备组成,重点阐述了指挥控制中心图像监控软件设计流程。该系统的设计为进一步研究基于微波、毫米波、红外、可见光等混合多源传感器的目标协同跟踪系统提供一定的参考价值。

基于Fisher信息距离的被动传感器目标协同跟踪方法

针对多被动传感器动态跟踪问题,提出了一种基于Fisher信息距离被动传感器目标协同跟踪方法。该算法在进行传感器选择时,依据信息几何理论,以流形中的Fisher信息距离来衡量先验概率密度函数和后验概率密度函数之间的距离,继而以此距离为依据选择传感器进行目标跟踪。仿真实验表明:所提算法能够在动态环境中自适应选择传感器资源,有效提高目标的跟踪精度,实现多被动传感器协同跟踪。

导弹集群协同作战系统概念研究

提出了导弹集群协同作战系统的概念。在建立导弹集群协同作战系统总体框架的基础上,结合智能信息处理方法,研究态势感知系统、任务规划系统、战毁评估系统和数据链的技术实现问题,并对系统在实战中将会遇到的协同目标跟踪、软杀伤对抗和作战效能评估等问题进行了简要分析,最后还探讨了该系统开发的重要意义。