水声纯方位目标跟踪快速收敛算法.pdf

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1、第33卷增刊舰船科学技术V01．33，Supplement2011阜SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGY2011水声纯方位目标跟踪快速收敛算法冀晨，冀洵(中国舰船研究院，北京100192)摘要：基于EKF的纯方位目标状态滤波器的性能依赖状态初值的选取，为了有效地提高估计的收敛速度，提出了一种滤波器状态初始化方法。首先，简要阐述了修正极坐标系下的推广卡尔曼滤波算法(EKF)。然后，基于非线性最tJx--乘法的思想，推导了一种滤波器状态初始化方法。针对实际应用背景，提出一种组合滤波器结构并进行了

2、仿真验证。结果表明，该算法收敛速度快，滤波精度与EKF相当。关键词：目标运动分析；推广卡尔曼滤波；非线性最小二乘法；初始化算法中图分类号：0211文献标识码：A文章编号：1672—7649(2011)S一0123—04DoI：10．3404／j．issn．1672—7649．2011．S．030Researchonfastconvergencealgorithmforhydroacousticbearings-onlytargettracking’jIChen，JIXun(ChinaShipResear

3、chandDevelopmentAcademy，Beijing100192，China)Abstract：TheperformanceoftargettrackingfilterbasedonEKFdependsontheinitialstatevector，inordertoacceleratetheconvergenceofthefilter，ainitializationalgorithmwasproposed．First，thestateandmeasurementequationsinmodi

4、fiedpolarcoordinatesweredemonstrated，andextendedkalmanfilter(EKF)wasintroducedtoanalyzethetargetmotion．Then，ainitializationalgorithmoffilterstatevectorbasedonnonlinearleastsquaresestimationwasaddressed．Acombinedfilteringstructurewasdiscussedfortheapplica

5、tion．ThesimulationresultsshowthatthefiltermentionedinthispaperwasfasterconvergencebutaspreciseaspureEKF．Keywords：targetmotionanalysis；extendedKalmanfilter；nonlinearleastsquaresestimation；initializationalgorithm．0引言被动定位与跟踪技术已应用于许多领域，在海洋环境下，纯方位目标运动分析问题就是一个

6、典型实例。安装有被动声呐的观测体(本舰)可以测量由目标发射的混杂有噪声的声学信号，通过对测量信号的处理估计出目标实时位置和速度。为了研究方便，这里假定目标处于匀速直线运动状态。本舰与目标的运动关系如图1所示。笛卡尔坐标系在单站纯方位目标运动分析问题中是固有不稳定的⋯，所以文中首先对修正极坐标系进行了介绍。纯方位目标运动分析本质是一个非线性滤波问收稿日期：2011—05—3l作者简介：冀晨(1983一)，男。工程师，主要研究领域为水声定位。北东图1本舰与目标运动关系Fig．1Targetandobserv

7、ermotiongeometry题，国内外已经有许多学者对此问题进行了研究。文献[1]首次提出了基于EKF的分析方法，文献[2—3]·124·舰船科学技术第33卷分别采用修正增益滤波器(MGV．XV)和变增益滤波器(VGEKF)来解决测量噪声特性不明确的滤波问题，文献[4]引入无迹卡尔曼滤波(UKF)方法对其进行了研究，为了减少线性化误差，文献[5]提出了一种二阶平方根EKF(SOEKF)方法，并给出一种便于计算的形式。由于上述方案本质都是卡尔曼滤波方法，所以其滤波性能与状态初始值的选取有很大关系，如果

8、初值距离真值较远，有可能引入较大的线性化误差，导致系统收敛变慢，严重的会导致滤波发散。本文基于非线性最小二乘思想，对滤波器状态初始化的方法进行了研究，并给出了一种组合滤波器结构。2修正极坐标系下的纯方位目标跟踪算法2．1修正极坐标系下的状态与测量方程笛卡尔坐标系的状态向量定义为：茹(t)=筇2(t)菇3(t)髫。(t)雷，(t)L(t)t'y(t)定义：Sl(t，to)=YI(to)+Y4(to)[钾l(t，to)eosy3(to)一硼2(