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量测噪声不确定情况下的水下多目标稳健方位跟踪

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声学学报 2023年第4期48卷 605-617页

作者：张博轩杨益新侯翔昊西北工业大学航海学院西安710072 陕西省水下信息技术重点实验室西安710072

提出了使用Sage-Husa算法估计量测噪声的集势化概率假设密度(CPHD)滤波方位跟踪方法,实现了量测噪声不确定情况下多水下声学目标的稳健方位跟踪。首先,将水下目标方位的变化建模为Singer模型,利用传统目标方位估计方法的结果作为量测值... 详细信息

提出了使用Sage-Husa算法估计量测噪声的集势化概率假设密度(CPHD)滤波方位跟踪方法,实现了量测噪声不确定情况下多水下声学目标的稳健方位跟踪。首先,将水下目标方位的变化建模为Singer模型,利用传统目标方位估计方法的结果作为量测值,将方位估计误差看作量测噪声,建立了方位量测模型。然后,给出了CPHD滤波水下多目标方位跟踪算法,该算法利用上一时刻的方位跟踪结果和目标方位变化模型预测目标方位,并利用量测值和量测模型对预测值进行更新得到方位跟踪结果。最后,考虑到量测噪声方差为决定跟踪性能的重要参数,利用改进的Sage-Husa算法在跟踪过程中实时自适应地估计不确定量测噪声的方差,从而实现了多目标的稳健方位跟踪。经海试数据验证,所提出算法将目标方位测量的平均最优子模式分配(OSPA)误差从10°以上降低至2°,显著提高了方位测量精度。所提水下多目标稳健方位跟踪方法能够有效提高量测噪声不确定情况下的方位跟踪性能。

关键词：多目标跟踪方位跟踪自适应噪声估计噪声稳健目标跟踪

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三元组线列阵分裂波束目标方位跟踪方法

声学技术 2018年第5期37卷 425-428页

作者：尹子源谭君红周胜增上海船舶电子设备研究所上海201108

针对单线阵进行弱目标跟踪时容易受到强目标影响的问题,将三元组线列阵进行分裂波束定向,可提高对弱目标的方位跟踪能力。通过将三元组线列阵等分为两个三元组子阵,对两个三元组子阵分别进行心形波束形成,利用各自心形波束输出进行分裂... 详细信息

针对单线阵进行弱目标跟踪时容易受到强目标影响的问题,将三元组线列阵进行分裂波束定向,可提高对弱目标的方位跟踪能力。通过将三元组线列阵等分为两个三元组子阵,对两个三元组子阵分别进行心形波束形成,利用各自心形波束输出进行分裂波束处理得到目标方位。与常规单线阵分裂波束目标跟踪方法相比,该方法不但能给出跟踪目标的左右舷信息,同时提高了不同舷侧存在多目标时的目标跟踪能力。对海试数据的实际处理结果表明,三元组线列阵分裂波束定向时提高了对多目标的方位跟踪能力。

关键词：水听器三元组心形波束形成分裂波束方位跟踪

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单矢量水听器的高分辨目标方位跟踪算法研究

应用声学 2017年第1期36卷 59-66页

作者：王超笪良龙韩梅孙芹东王文龙海军潜艇学院青岛266199

根据单矢量水听器自身具有阵列流型的特点,提出了适用于对目标保持连续跟踪的空域预滤波MUSIC算法。通过调整滤波器通带中心角使其保持在目标估计方位角附近,可以消除滤波器通带中心角偏离目标真实方位角时传统预滤波MUSIC算法产生的目... 详细信息

根据单矢量水听器自身具有阵列流型的特点,提出了适用于对目标保持连续跟踪的空域预滤波MUSIC算法。通过调整滤波器通带中心角使其保持在目标估计方位角附近,可以消除滤波器通带中心角偏离目标真实方位角时传统预滤波MUSIC算法产生的目标方位估计误差。仿真结果表明,改进预滤波MUSIC算法可以减小甚至消除低信噪比情况下目标方位估计存在的较大误差。海试数据结果表明,阵元域MUSIC和改进预滤波MUSIC都可实现对单频脉冲信号和线性调频信号的目标方位估计,且估计结果与GPS舰位推算结果一致,但改进预滤波MUSIC算法主瓣更尖锐。对宽带航船噪声处理结果显示,改进预滤波MUSIC算法使单矢量水听器在存在目标干扰时的探测距离从2 km提升到了5 km,验证了改进预滤波MUSIC算法可实现弱目标情况下的高分辨目标方位跟踪。

关键词：矢量水听器空域预滤波通带中心角方位跟踪

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基于粒子滤波算法的方位跟踪方法研究

舰船科学技术 2018年第11期40卷 134-138页

作者：周彤宋立臣大连测控技术研究所辽宁大连116013

与传统的声压水听器相比,矢量水听器(AVS)可以同时、共点接收水下声场的声压和振速信息,利用单个水听器可以估计出目标的方位(DOA)信息。本文将MUISIC方位估计方法和粒子滤波(Particle Filtering,PF)跟踪方法结合,给出一种高效的水下运... 详细信息

与传统的声压水听器相比,矢量水听器(AVS)可以同时、共点接收水下声场的声压和振速信息,利用单个水听器可以估计出目标的方位(DOA)信息。本文将MUISIC方位估计方法和粒子滤波(Particle Filtering,PF)跟踪方法结合,给出一种高效的水下运动目标的实时方位跟踪方法(PF-MUSIC),仿真对比分析了MUSIC方法和PF-MUISC方法的方位跟踪性能,并通过海上试验验证了跟踪方法的实用性。结果表明:PF-MUSIC法的计算量远小于MUSIC方法,PF-MUSIC方法的误差更小并且跟踪曲线更平滑,适用于对水下目标的实时方位跟踪。

关键词：粒子滤波单矢量水听器方位跟踪

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基于分布式信息融合的多舰纯方位跟踪

火力与指挥控制 2002年第3期27卷 11-13页

作者：徐敬王秀坤胡家升孙永侃赵晶大连理工大学辽宁大连116024 海军大连舰艇学院辽宁大连116018

提出一种基于信息融合的分布式多舰纯方位跟踪算法 ,该算法采用时变采样间隔的修正增益推广卡尔曼滤波器 ,用多条舰艇的舰载电子侦察设备对海上多个运动辐射源目标进行分布式纯方位跟踪融合。计算机模拟结果表明。

关键词：分布式信息融合方位跟踪舰艇舰载电子侦察设备海战

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小型双自由度方位跟踪云台系统的研制

小型双自由度方位跟踪云台系统的研制

作者：吕秀梅大连理工大学

学位级别：硕士

惯性导航系统以其完全自主、不依赖外部信息、隐蔽性好等优点广泛应用在航空、航天、航海等军民领域中。定向寻北系统作为惯性导航系统中的重要分支,其在军事及民用定向应用日渐广泛,系统级产品的研制方向朝着高精度、小体积、高可靠性... 详细信息

惯性导航系统以其完全自主、不依赖外部信息、隐蔽性好等优点广泛应用在航空、航天、航海等军民领域中。定向寻北系统作为惯性导航系统中的重要分支,其在军事及民用定向应用日渐广泛,系统级产品的研制方向朝着高精度、小体积、高可靠性的方向发展。本文以某型地面照射指引系统为背景,根据系统体积小、重量轻、便于单人携带的需求,结合地照系统工作流程,研制了一种小型双自由度方位跟踪云台系统,通过快速架设并启动,在短时间内完成寻北,并对目标进行实时跟踪,从而解析目标所定位的地理信息。根据研究背景提出的指标要求,对系统误差进行分析及分配,为传感器选型提供依据,确定采用动力调谐陀螺仪实现陀螺寻北功能;采用金属调平水泡代替传统加速度计调平补偿;采用高精度光电编码器和角度传感器作为方位轴和俯仰轴的敏感器件,实现高精度方位跟踪测量的技术路线。陀螺寻北方面设计了基于动力调谐陀螺仪的模拟伺服回路,包括前放电路、相敏解调、陷波、校正网络及功放电路等模块,对各部分传递函数进行理论推导和校正,保证陀螺具有优异的幅值裕度和相角裕度,实现陀螺稳定闭环控制和高精度测量。云台控制电路方面以dsPIC30F6014A单片机为控制核心,通过软件编程,实现动力调谐陀螺仪工作所需的7V16kHz激磁、三相马达驱动,光电编码器及俯仰传感器数据采集和数据通信。其中7V16kHz激磁电源摒弃所内复杂度较高分立器件式模拟电路设计方案;采用可编程正弦波发生器(ML2035)作为信号源的数字电路设计方案实现;三相马达电源采用LP624三相电机驱动芯片配合控制器进行时序控制的数字方式实现;采用高精度24位多通道AD7734芯片实现陀螺及传感器信号采集,代替了传统的复杂度较高的IF电路,从而实现了云台系统的小型化设计。在算法方面,开展了陀螺两位置算法和寻北跟踪测量算法的研究,充分考虑陀螺测量误差及跟踪测角误差,对各种误差因素进行分离,通过陀螺误差系数补偿、方位轴误差补偿、俯仰轴误差补偿等方法,提高了云台系统测量精度。陀螺寻北完成后,提出了方位跟踪测量方法,应用高精度光电编码器和角度传感器作为方位轴和俯仰轴的敏感器件,实现高精度方位跟踪测量。经测试和验证,系统惯性自主寻北时间小于3min,寻北精度小于0.6°且方位跟踪精度0.02°,俯仰跟踪精度0.1°,满足系统研制的要求。

关键词：云台陀螺仪寻北方位跟踪

自适应子空间估计及其在目标方位跟踪中的应用

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自适应子空间估计及其在目标方位跟踪中的应用

作者：淦华东西北工业大学

学位级别：硕士

多目标方位估计及跟踪技术在声纳、雷达、通信和国防建设等众多应用领域中占有十分重要的地位。论文从实际应用的角度出发,全面论述了子空间类多目标方位估计和跟踪算法的理论和方法。结合水下目标探测与跟踪系统的工作特点,从理论分析... 详细信息

多目标方位估计及跟踪技术在声纳、雷达、通信和国防建设等众多应用领域中占有十分重要的地位。论文从实际应用的角度出发,全面论述了子空间类多目标方位估计和跟踪算法的理论和方法。结合水下目标探测与跟踪系统的工作特点,从理论分析和计算机仿真两方面对子空间类多目标方位估计及跟踪方法进行了研究,主要研究工作概括如下: 1.论述了子空间类高分辨方位估计算法的原理,给出了MUSIC、Mini-Norm、Root-Music和ESPRIT四种典型的噪声子空间高分辨方法的公式及算法实现,并给出了较完整的方位估计性能评估指标。比较分析了上述四种方法的估计性能,对它们的分辨概率和估计精度进行了大量的计算机仿真,根据统计结果对它们的性能做出了评价。 2.对现有的自适应子空间估计算法加以分类论述,广义上大致可以分为两类:一类为修正特征值问题（MEP,modified eigenvalue problem）方法,这类算法通常采用秩-1（rank-1）或秩-2（rank-2）方法修正协方差矩阵,使传统特征值分解的应用直接从平稳过程扩展到非平稳过程;另一类为非修正特征值问题（non-MEP）方法或自适应方法,此类算法在每次更新计算中不能获得准确的特征信息,而是估计的结果趋向于EVD或SVD。在此基础上介绍并研究了两种分别属于这两类的自适应子空间估计算法,一种是Thierry Chonavl等人提出的属于非修正特征值问题的MALASE算法,该算法保证了每次迭代所估计的特征向量严格正交,计算复杂度为O（M）或O（Mr）;另一算法是Babu等人提出的属于修正特征值问题的ACN算法,该算法使用流水线结构进行并行运算,每次迭代所要求的计算复杂度为O（M）。 3.提出三种自适应子空间类高分辨算法,它们分别是基于MALASE的自适应Root-MUSIC算法,基于MALASE的自适应Mini-Norm算法和基于ACN的自适应Root-MUSIC算法,三种算法都可以在一次采样的基础上对多目标的DOA进行实时跟踪估计。多组计算机仿真实验结果表明,三种算法都具有很好的收敛性能,并且在信噪比不是很低的情况下,三种算法对非平稳过程的多目标方位都具有比较好的跟踪效果。

关键词：阵列处理特征值分解高分辨方位跟踪自适应子空间估计

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UKF方法及其在方位跟踪问题中的应用

飞行力学 2003年第2期21卷 59-62页

作者：王淑一程杨杨涤崔祜涛哈尔滨工业大学航天工程与力学系黑龙江哈尔滨150001

采用 UKF (Unscented Kalm an Filter)方法处理了平面内地面站对目标的方位跟踪的估计问题。目标的位置和速度由选定的高斯分布采样点来近似 ,在每个更新过程中 ,采样点随着状态方程传播并随着非线性测量方程变换 ,由此不但得到目标位... 详细信息

采用 UKF (Unscented Kalm an Filter)方法处理了平面内地面站对目标的方位跟踪的估计问题。目标的位置和速度由选定的高斯分布采样点来近似 ,在每个更新过程中 ,采样点随着状态方程传播并随着非线性测量方程变换 ,由此不但得到目标位置和速度的均值及较高的计算精度 ,而且避免了对非线性方程的线性化过程。仿真结果表明 ,U KF方法比传统的扩展卡尔曼滤波 (EKF)算法有更高的估计精度 ,并能有效地克服非线性严重时。

关键词：方位跟踪扩展卡尔曼滤波 UKF方法非线性滤波

方位跟踪系统的转矩方程及独立瞄准线的误差分析

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火力与指挥控制 1985年第1期 45-52页

作者：刘颖达

一、引言图1是某自行高炮的方位角机械传动原理图。执行电机工是跟踪仪方位拖动电机,执行电机Ⅱ是火炮方位拖动电机。由于跟踪镜转台安装在炮塔上,所以,当炮塔相对于车体转动时,必然带着跟踪镜转台一起转动,从而使跟踪镜的瞄准线偏离了... 详细信息

一、引言图1是某自行高炮的方位角机械传动原理图。执行电机工是跟踪仪方位拖动电机,执行电机Ⅱ是火炮方位拖动电机。由于跟踪镜转台安装在炮塔上,所以,当炮塔相对于车体转动时,必然带着跟踪镜转台一起转动,从而使跟踪镜的瞄准线偏离了目标,也就是说,跟踪镜的瞄准线受到

关键词：方程式瞄准线转矩方程方程刁刀拖动转矩方位跟踪误差分析数值分析执行电机