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EKF和UKF算法在双观测站纯方位目标跟踪中的应用

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水下无人系统学报 2023年第3期31卷 388-397页

作者：成春彦李亚安西北工业大学航海学院陕西西安710072

为了对水下运动目标进行实时跟踪,以静止双观测站纯方位跟踪系统为研究对象,分别结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的原理,对基于EKF和UKF算法的双观测站纯方位跟踪系统进行了仿真分析及比较。结果表明,基于2种算... 详细信息

为了对水下运动目标进行实时跟踪,以静止双观测站纯方位跟踪系统为研究对象,分别结合扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法的原理,对基于EKF和UKF算法的双观测站纯方位跟踪系统进行了仿真分析及比较。结果表明,基于2种算法的双观测站纯方位系统都能适用于水下运动目标实时跟踪,但后者具有更快的收敛速度和更好的鲁棒性。同时,分别分析了双站距离和方位角量测误差对实时跟踪效果的影响,仿真结果表明, 2个观测站距离过近或过远都会降低目标跟踪的效果,基于EKF和UKF算法的双观测站系统在两站距离800 m时都能得到较满意的跟踪效果;随着方位角量测误差的增大,基于2种算法的双观测站系统的跟踪性能都会下降,但UKF算法在EKF算法跟踪失效时仍然具有较好的跟踪性能。

关键词：水下运动目标双观测站纯方位目标跟踪扩展卡尔曼滤波无迹卡尔曼滤波

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二维双观测站纯方位系统的可观测性

电光与控制 2008年第12期15卷 63-67页

作者：赵建昕海军潜艇学院军事运筹教研室山东青岛266071

在二维空间中,针对作匀加速直线运动的目标,利用双观测站得到的测量角,讨论了等速直线运动的双观测站纯方位系统的可观测性问题。首先在理论上证明了目标作匀加速直线运动,单观测站作匀速直线运动时的目标参数的部分可观测性。进而对于... 详细信息

在二维空间中,针对作匀加速直线运动的目标,利用双观测站得到的测量角,讨论了等速直线运动的双观测站纯方位系统的可观测性问题。首先在理论上证明了目标作匀加速直线运动,单观测站作匀速直线运动时的目标参数的部分可观测性。进而对于双观测站情形,利用每一个观测站求解出的关于目标的部分参数满足的方程,通过研究方程组的解的存在性,得到了整个系统可观测的一些充分条件和一个充要条件。

关键词：目标运动分析双观测站纯方位量测可观测性

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基于双观测站的水下机动目标被动跟踪

水下无人系统学报 2018年第1期26卷 40-45页

作者：赵振轶李亚安陈晓苏骏西北工业大学航海学院陕西西安710072

为了对水下机动目标进行航迹跟踪,采用双观测站被动跟踪系统,解决了单观测站利用纯方位角信息进行跟踪时的不可观测问题,建立了目标状态方程和被动观测方程。将扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)与交互式多模型算法(IMM)相结合... 详细信息

为了对水下机动目标进行航迹跟踪,采用双观测站被动跟踪系统,解决了单观测站利用纯方位角信息进行跟踪时的不可观测问题,建立了目标状态方程和被动观测方程。将扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)与交互式多模型算法(IMM)相结合,应用于被动跟踪系统中。仿真结果表明,2种算法都能适用于水下机动目标被动跟踪。随着测量误差的增大,IMM-UKF算法比IMM-EKF算法表现出了更好的稳定性和更高的跟踪精度。

关键词：水下机动目标双观测站扩展卡尔曼滤波(EKF) 无迹卡尔曼滤波(UKF) 交互式多模型(IMM)

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面向双观测站定位系统的CCD标定技术

火力与指挥控制 2012年第8期37卷 166-169页

作者：高喜俊王春平付强军械工程学院石家庄050003

标定是立体视觉测量应用中的关键环节,采用有效的标定方法将获得更加精确的立体视觉测量结果。以双观测站定位系统为研究对象,结合摄像机针孔成像原理,在Zhang平面模板标定基础上进一步改进,实现了单摄像机、双目CCD以及双观测站系统之... 详细信息

标定是立体视觉测量应用中的关键环节,采用有效的标定方法将获得更加精确的立体视觉测量结果。以双观测站定位系统为研究对象,结合摄像机针孔成像原理,在Zhang平面模板标定基础上进一步改进,实现了单摄像机、双目CCD以及双观测站系统之间的标定。详细阐述了系统坐标转换原理、分布式的参数优化方法以及标定实现过程。试验表明,该标定过程能够精确、有效地获得摄像机参数以及观测站位置关系,为进一步精确定位解算提供了有效的数据支持。

关键词：双观测站 CCD测量立体标定坐标变换

不完全量测下三维空间目标定位与跟踪算法研究

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不完全量测下三维空间目标定位与跟踪算法研究

作者：朱先花南京理工大学

学位级别：硕士

目标定位与跟踪是侦察与防空作战系统的重要环节之一,高效、可靠、准确隐蔽地对目标进行定位以及目标运动要素的解算与实时估计,从而秘密地完成行动策划和实施对目标的突然打击,是未来侦察与防空作战系统发展的必然趋势。在现实战场环境... 详细信息

目标定位与跟踪是侦察与防空作战系统的重要环节之一,高效、可靠、准确隐蔽地对目标进行定位以及目标运动要素的解算与实时估计,从而秘密地完成行动策划和实施对目标的突然打击,是未来侦察与防空作战系统发展的必然趋势。在现实战场环境下,对目标进行定位与跟踪时,观测传感器易受到外部环境因素的影响,以及自身探测能力和可能主动采取的相关战术策略的制约,观测站测得的目标数据存在不完全量测现象。在不完全量测制约下,如何整合单个(多个)观测站的测量信息,对三维空间中的目标实现准确定位与高精度实时跟踪,对提高侦察与防空作战系统的作战能力及战场生存能力,具有重要的现实意义。本论文针对上述问题,所做工作及创新点如下： (1)在不完全量测下,依据测量信息缺失情况,建立了六类(共九种)双观测站目标定位模型,给出了计算目标定位参数的解析表达式,分析了目标定位精度。首先,依据空间定位几何原理,根据测量信息缺失的具体情况,将双观测站定位方式分为六类。其次,运用双观测站协同定位的思想,建立了每种方式的定位模型及求解方法,根据误差传递理论,分析了每种定位方式的定位精度。最后,分别对每种情况进行仿真验证分析,给出了相应的目标定位精度CEP曲线。 (2)在不完全量测三维空间目标定位研究的基础上,给出了静止双观测站目标跟踪算法及其评估准则。首先,基于静止双观测站协同定位的思想,推导了九种情况下量测噪声协方差计算公式。其次,依据Kalman滤波原理,建立了不完全量测下静止双观测站的目标跟踪算法。最后,对每种情况进行了蒙特卡罗仿真,分别给出了笛卡尔坐标系下和球坐标系下的目标跟踪误差曲线。仿真结果表明,目标跟踪误差曲线渐近收敛且接近于理想的CRLB,具有较高的跟踪精度。 (3)在不完全量测静止双观测站目标跟踪算法的基础上,给出了运动双观测站(其中一个静止,一个运动)的目标跟踪算法。首先,根据当前时刻目标的滤波估计值,得到下一时刻目标定位的预测CEP,根据预测CEP的梯度得到运动观测站下一时刻的运动方向。其次,依据观测站运动速度及方向确定下一时刻观测站的位置,建立运动双观测站目标跟踪递推算法。最后,以两个观测站距离信息均缺失和测得低精度方位角两种情况为例,对其分别进行了蒙特卡罗仿真,给出了目标跟踪误差曲线。与静止双观测站目标跟踪误差曲线及理想的CRLB曲线相比,结果表明,相同仿真条件下,运动双观测站目标跟踪算法的跟踪误差比静止双观测站的跟踪误差要小,目标跟踪精度更高,更接近于理想的CRLB。

关键词：目标定位目标跟踪双观测站不完全量测 CRLB