临近空间高超声速滑跃式机动目标的跟踪模型

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul．252015V01．36No．72400．2410lSSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn临近空间高超声速滑跃式机动目标的跟踪模型王国宏1，李俊杰1’2一，张翔宇1，吴巍11．海军航空工程学院信息融合研究所，烟台2640012．中国人民解放军92635部队，青岛266041摘要：滑跃式机动是临近空间高超声速飞行器的一种重要运动方式，现有文献中鲜有对

2、高超声速滑跃式机动目标跟踪技术的报道。为此，提出了一种针对临近空间高超声速滑跃式机动目标的跟踪模型，其核心是将目标加速度建模为具有正弦波自相关的零均值随机过程，并据此构建了跟踪临近空间高超声速滑跃式机动目标的状态方程。通过仿真实验与Singer模型、Jerk模型和CV+CA+Singer交互式多模型IMM进行比较，证明了所提模型在跟踪临近空间高超声速滑跃式机动目标时的合理性与优势性。关键词：临近空间；高超声速飞行器；滑跃式机动；目标跟踪；正弦波自相关；交互式多模型中图分类号：TN957文献标识码：A文章编号：1000

3、—6893(2015)07—2400—1l临近空间通常指距海平面20～100km的空域[1’2]，对应的临近空间飞行器(NearSpaceVehi—cle，NSV)[33是指可在临近空间作长时间高速飞行的大气飞行器。随着“乘波体”X一51A[4巧1等I临近空间高超声速飞行器的相继出现，对临近空间高超声速机动目标的跟踪将成为一个亟待解决的问题。从公开的临近空间高超声速飞行器的试验情况来看，飞行器的机动能力和飞行距离受到其携带的燃料数量的影响。由于临近空间高超声速飞行器的周期性滑跃式飞行要比常值稳态巡航飞行更节省燃料[6

4、]，而且还可以有效地躲避现有雷达的跟踪，所以滑跃式机动飞行很可能成为临近空间高超声速飞行器采用的飞行模式之一。若要实现对目标的精确跟踪，需要事先明确目标可能的机动轨迹，以建立或选择合适的跟踪滤波模型。例如，针对目标的匀速或匀加速运动，提出了匀速(ConstantVelocity，CV)L71模型和匀加速(ConstantAcceleration，CA)模型[8。91；文献[10]中的匀速转弯(ConstantTurn，CT)模型，则是专门针对目标的匀速圆周转弯运动而提出的；针对目标运动过程中随时可能出现的转弯、闪避等

5、特殊机动现象，文献[11]提出了Singer模型，它认为机动模型并非通常假定的白噪声模型，而是相关噪声模型；文献[12]提出了一种Jerk模型，在加速度模型的基础上又增加了一维，即实时地对加加速度进行估计。文献[13]提出的交互式多模型，由于适用性很强，被公认为现阶段最佳的滤波算法。上述的这些模型中，只有Singer模型与Jerk模型是专门针对目标的突变机动而提出的，而在现有的公开文献中未见到专门针对目标滑跃式机动模型的研究报道。考虑到临近空间高超声速飞行器如果进行周期性的滑跃式机动，其加速度的时间相关性应该收稿日期

6、：2014—05-06；退修日期：2014—06·03；录用日期：2014-07—14；网络出版时间：2014．09．1008：32网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／10．7527／81000．6893．2014．0160．html基金项目：国家自然科学基金(61372027．61102165)；“泰山学者”建设工程专项经费资助课题*通讯作者Tel．：0532-51851068E-mail：Ijjawhysys@163corn；l用格式

7、WangGH．LiJJ。ZhangXY．eta1．

8、Atrackingmodelfornearspacehypersonicslippageleapmaneuveringtarget!J]ActaAeronauticaetAstronauticaSmica，2015·36(7)：2400-2410．I国宏．李俊杰．张翔宇．等．艋近空闻高超声速滑跃武机动甚标的跟踪模型[∞。航空学报．2015，36(7)：2400-2410．王国宏等：临近空间高超声速滑跃式机动目标的跟踪模型随着目标的周期性滑跃式运动而呈现出周期性。因此，提出了用具有正弦波自相关的零均值随机过程对临近空间

9、高超声速滑跃式机动目标的加速度进行建模，推导出新的状态转移矩阵、过程噪声矩阵和初始协方差矩阵，并进行了一系列的仿真验证。1跟踪模型1．1滑跃式机动分析图l所示为目标的滑跃式机动飞行轨迹。对于目标的滑跃式机动，与目标状态密切相关的位置、速度、加速度等状态变量是一个随时间不断变化的变量，可视为变加速度运动。一般用于跟踪匀速或匀加速运动目标的模型存在