基于期望极大化算法的转弯机动目标跟踪

针对目标做转弯机动时产生的运动模式的不确定性问题,提出了基于期望极大化(EM)算法的转弯机动目标跟踪算法,采用转弯速率来描述目标的转弯机动,并将转弯速率作为待估量,用EM算法对转弯速率序列进行估计,从而获得对目标状态的精确估计.最后,给出了该算法的批处理形式和递推形式.新算法有效地提高了目标的跟踪精度.Monte-Carlo仿真表明,与标准的交互式多模型算法相比,批处理EM算法使目标的位置和速度的跟踪精度提高了70%以上,当转弯速率处于稳态时,递推EM算法使目标的位置和速度的跟踪精度提高了20%以上.

目标转弯机动对雷达跟踪性能影响分析

以目标机动和雷达跟踪的动态对抗为研究背景,针对雷达常采用的Singer、CS机动模型以及目标常用的水平转弯机动,分析了跟踪模型中不同参数条件下目标机动对雷达跟踪质量的影响,根据分析结果提出了目标摆脱雷达跟踪的最佳规避策略。该研究为战斗机采取规避机动、完成突防作战行动提供了理论依据。

基于图像信息的海上目标转弯机动快速识别方法

为了提高末制导炮弹对海上超视距机动目标的打击能力,需要对目标的转弯机动行为进行快速识别。对此基于无人机连续观测舰船获取的图像信息,通过投影转换的方法把观测图像中的舰船像素宽度转换为舰船垂直投影到海面上的观测宽度,并以该观测宽度计算舰船的横摇角度。在此基础上提出了基于舰船横摇变化快速判断舰船转弯机动状态的方法,该方法可用于预测转弯率,辅助选择火控目标转弯机动模型,对海上机动目标的转弯机动未来点做出精确预测,但主要研究快速判断目标转弯机动的方法,不涉及对目标转弯率初值预测和滤波的研究。

鳞鲀模式转弯机动的机理研究

该文针对中鳍波动驱动下的鳞鲀模式转弯机动,开展了鳞鲀模式转弯运动过程数值模拟仿真研究,揭示了鳞鲀模式转弯机动的水动力学机理,探讨了不同控制参数对转弯性能的影响规律。研究发现:中鳍的非对称运动脱出了两列非对称涡,同时在附加惯性效应的共同作用下,鳞鲀两侧产生了横向的压差力,在中鳍表面的压差力会形成转向力矩,促使鳞鲀转弯;而鳞鲀尾鳍的压差力则会阻碍转弯,因此适当收缩尾鳍可减小转弯半径,从而提高鳞鲀转弯能力。中鳍波动的参数对转弯有明显的影响,波动频率的增大会使鳞鲀稳定速率显著增大,但对转弯半径的影响相对较小;波动波长和偏角的增加,则会减小鳞鲀转弯半径,增强转弯性能,但对转弯速度的影响不大。

机动转弯条件下转子有限元建模方法

为了使机动转弯条件下转子动力学模型更加精确,考虑梁单元的转动惯量和剪切变形,对有限元Timoshenko梁模型的相关理论进行推导;考虑到机动转弯载荷对转子响应的影响,对机动转弯条件下梁单元、刚性圆盘单元的机动载荷向量和重力载荷向量进行推导。利用以上推导结果建立了1套机动转弯条件下转子有限元的建模方法,利用该方法建立的模型进行机动转弯过程中含弹性支承双盘转子的振动响应计算,结果表明:机动转弯产生的附加载荷会使转子模型产生一定的静位移。

一种适用于机动转弯飞行的中期冲突探测方法

为了能在复杂的交通环境下提高冲突探测的精确度,保障空中飞行安全,基于解析算法提出了一种适用于机动转弯飞行的冲突探测算法,在此基础上给出改进的中期冲突探测的方法。对该算法进行了算例分析,结果表明:该算法能很好地适用于机动转弯飞行时的冲突概率计算,并且具有实时性和有效性。

一种惯导系统在机动转弯条件下的空中修正技术方案

提出了一种惯导系统在载机机动转弯情况下的空中修正技术方案,介绍了方案原理、数学模型、软件设计以及工程应用中需要解决的问题、试验目的及内容等.

机动目标跟踪误差CRLB计算与分析

克拉美-罗下限(CRLB)作为参数估计所能达到的最低误差限,常被用来衡量算法估计性能的优劣程度。以转弯机动为例,研究了有源(主动)和无源(被动)两种观测条件下目标跟踪CRLB计算的一般方法,并通过矩阵理论分析了目标机动可能引起的CRLB突变的原因,为机动目标跟踪的算法性能评估提供了有效手段。最后给出了仿真算例。

高速高机动目标自适应IMM跟踪算法

针对目标运动过程中有转弯机动等复杂运动模式的高速高机动目标,设计了自适应两层IMM跟踪算法。该算法内层由改进的机动目标当前统计模型构成,把目标速度方向角作为伪测量值进行滤波,实时获得目标的角速度和角加速度;外层模型由常速模型和曲线模型构成,把内层模型得到的切向加速度和转弯角速度作为曲线模型参数,利用IMM算法进行滤波。仿真结果表明,该算法对高速高机动目标具有较高的跟踪精度,算法实现简单,具有一定的实际应用价值。

基于角度和频率信息的机动目标无源自适应跟踪算法

在进行可观测性分析的基础上,综合利用方位角和频率观测信息,提出了一种利用单个模型对机动目标进行无源跟踪的UKF算法,该算法通过对目标的运动状态和机动参数进行联合估计自适应地逼近真实的运动模型,从而进行准确跟踪。与现有算法相比,本文的算法不仅运算量小,而且降低了对观测站自身的运动要求,但却保持了良好的性能。仿真结果表明了算法的有效性和正确性。

升力体飞行器能量近似最优倾斜转弯飞行策略

升力体飞行器返回地球大气层内时受到热流、动压及过载等约束条件,为使得飞行器在倾斜转弯飞行过程中能量损失最小,需要研究一种能量最优的倾斜转弯机动飞行策略。本文的主要研究内容包括:从再入动力学模型出发,分析了升力体飞行器倾斜转弯的弹道特性,推导了终端速度与倾斜转弯幅度相关的解析解,提出了一种多约束条件下能量近似最优的倾斜转弯飞行策略;为进一步验证飞行策略的能量近似最优性,建立了能量最优的非线性轨迹优化模型,通过高斯伪谱法进行求解,获得能量最优的飞行轨迹。仿真结果表明,该飞行策略与优化方法获得的结果高度一致,并且该方法求解效率更高,工程应用性更强。

新的“S-蛇形”机动目标模型及跟踪方法研究

为了解决三维空间蛇形机动目标跟踪算法中模型失配的问题,提出了新的"S-蛇形"机动目标模型。该模型基于研究分析了平面内原始机动转弯模型,考虑目标在垂直方向做简单的匀速直线运动,对二维机动转弯模型进行了三维补维,但经仿真分析发现,此模型在机动变轨处出现"折返"现象,为了克服此缺点,又对该模型的状态转移矩阵进行了修正,提出了一种新的"S-蛇形"机动目标模型,该模型能够很好地匹配蛇形机动目标真实运动轨迹。最后在扩展卡尔曼滤波算法(EKF)中应用该模型,对真实蛇形机动目标进行滤波跟踪,通过Monte-Carlo仿真,结果验证了此算法跟踪精度高,也进一步证明了改进模型的合理性和实用性,并已经初步应用于某新型武器装备跟踪系统调试中。

一种机动目标动态规划检测前跟踪算法

针对传统动态规划检测前跟踪(Dynamic Programming Track-Before-Detect,DP-TBD)算法检测强机动目标时性能较差的问题,本文利用目标状态转移矩阵先验信息改进了传统DP-TBD算法,使得目标状态转移步长随状态的变化自适应调整,以此来避免在检测转弯运动目标时传统动态规划算法由于转移步长不变而造成的转移步长与目标速度失配的问题。仿真结果显示,在检测转弯运动目标时所提算法的检测性能和跟踪性能都比传统算法有所提高。通过对改进的DP-TBD、传统DP-TBD算法的仿真和比较,改进的DP-TBD算法跟踪强机动目标性能得到了显著提升,并具有工程应用价值。

一种用于“蛇形”机动目标的跟踪方法研究

为了满足光电跟踪系统中对"蛇形"机动目标跟踪的要求,针对以前应用的Singer模型的缺陷,根据"蛇形"机动目标运动规律,提出一种机动目标转弯模型,结合扩展卡尔曼滤波算法,对典型"蛇形"机动目标进行跟踪。通过Monte Carlo仿真,实现了在平面内对"蛇形"机动目标位置的准确跟踪,并且距离均方根误差(RMSE)比Singer模型要小很多,从而验证了该方法的有效性。

自动机动攻击系统初步研究

本文对AMAS的机动转弯阶段作了一些研究,建立了飞机在机动转弯过程中对地面目标进行轰炸的数学模型,并设计了飞机机动转弯的轰炸控制律。

汽车转弯内前后轮轨迹线的数学模型

针对机动车转弯常具有危害性,对汽车右转弯时内前轮和内后轮的行走曲线进行了细致探讨。利用参数方程和样条插值函数构造,给出了在一定条件下行走曲线的数学函数表达式,拐弯前程用圆的参数方程表示,后程用三次函数表示,为计算轮迹差提供了参考依据。数值例子进一步说明了行人避让右拐车辆的重要性,可为交管部门规划道路设计提供参考。

采用EM算法对粒子滤波跟踪算法进行改进

提出了一种改进粒子滤波跟踪算法EMPF(expectation-maximization particle filter)。针对传统粒子滤波存在的动态模型的不确定问题,将EM算法与粒子滤波算法有效结合,将运动模型的参数作为待估量,采用EM算法来确定目标的运动模型参数,从而获得对目标状态的较准确估计。实验结果表明,当目标做复杂的转弯运动时,该算法能够显著地提高对目标运动状态的预测精度。

杂波环境下雷达/红外融合跟踪的修正概率数据互联滤波算法

为解决杂波环境下转弯机动目标跟踪过程中的数据关联问题,提出了雷达/红外融合跟踪修正概率数据互联滤波算法。修正概率数据互联算法利用前一时刻目标的状态和转弯角速度,依据目标转弯机动能力及测量噪声等因素的影响,求出当前时刻转弯角速度变化范围,在转弯角速度变化范围内,求出与当前时刻每一测量值最匹配的转弯角速度、预测中心、新息协方差阵及权重系数,从而决定该测量在状态更新时的权重。仿真结果表明,雷达/红外融合跟踪修正概率数据互联滤波算法提高了跟踪精度,降低了航迹丢失率。

基于GPS和里程计的快速行进间粗对准方法

针对车载捷联惯导系统(SINS),提出一种快速行进间粗对准方法。将捷联矩阵分解为3个矩阵相乘,利用GPS提供的载体在导航坐标系的速度和里程计提供的载体在载体坐标系的速度构建不共线向量,求解初始载体坐标系相对惯性坐标系的常值转换矩阵,进而求得初始姿态矩阵。该对准方法对载车的唯一要求是在对准过程中做一个转弯机动。与现有对准方法相比,该方法没有用到加速度计信息。仿真结果表明,该方法能在1 min之内完成粗对准,采用零偏为0.1(°)/h的低精度陀螺,对准误差小于0.3°。

预置舵角下超空泡航行体运动过程弹道特性研究

为研究超空泡航行体在水平面机动转弯过程中的弹道特性,采用航行体头部设置预置舵角方法实现,开展了0°、3°和6°预置舵角下航行体自由运动的试验研究。试验在水池中进行,采用高速摄影观察不同预置舵角下的空泡演化过程,采用内测装置测量航行体运动参数,获得了不同预置舵角下超空泡航行体水平运动过程中的弹道特性。试验结果表明:当预置舵角为0°时,航行体侧向力由于非定常因素扰动小幅波动,但均值基本为0;当存在预置舵角时,随着预置舵角的增大,轴向力和侧向力不断增加;预置舵角可以控制超空泡航行体的弹道水平机动转弯,且预置舵角越大、弹道越容易转弯,但舵角过大会导致航行体弹道失稳。