基于UKF的機(jī)動目標(biāo)跟蹤處理方法

潘淑娟　劉靖

摘 要：提出了基于UKF的機(jī)動目標(biāo)跟蹤處理方法，能有效抑制動力學(xué)模型非線性和觀測模型非線性帶來的模型誤差。和傳統(tǒng)EKF濾波方法相比，該方法不僅避免了截?cái)嗾`差造成的濾波發(fā)散，而且避免了求解雅克比矩陣，簡化計(jì)算流程，可以模塊化處理，非常適合工程實(shí)現(xiàn)。仿真實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)目標(biāo)呈現(xiàn)明顯非線性特征并且大機(jī)動運(yùn)動時(shí)，該方法可以有效確定目標(biāo)軌跡，實(shí)現(xiàn)高精度目標(biāo)跟蹤。

關(guān)鍵詞：機(jī)動目標(biāo)跟蹤 UKF 非線性模型

中圖分類號：TN959 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（a）-0186-02

機(jī)動目標(biāo)跟蹤處理是從傳感器對機(jī)動目標(biāo)跟蹤測量的數(shù)據(jù)中提取目標(biāo)狀態(tài)特征信息的過程。對線性運(yùn)動模型而言，傳統(tǒng)的卡爾曼濾波可以獲得最優(yōu)估計(jì)。但當(dāng)目標(biāo)運(yùn)行軌跡呈現(xiàn)明顯非線性性時(shí)，傳感器測控信息將包含有非線性目標(biāo)信息從而會形成明顯的非線性特征，經(jīng)過非線性變換的加性誤差將變換成乘性誤差，從而進(jìn)一步影響目標(biāo)特性提取精度。尤其對于大機(jī)動目標(biāo)跟蹤而言，強(qiáng)非線性會使得測量模型曲率變大，形成模型誤差。在機(jī)動目標(biāo)跟蹤技術(shù)中，模型誤差成為制約精度提高的關(guān)鍵之一[1～2]。傳統(tǒng)的線性化求解方式將截?cái)嗾`差會傳播擴(kuò)大到模型求解中，從而難以獲得目標(biāo)軌跡的精確解，甚至造成濾波發(fā)散。

本文提出了一種基于UKF的機(jī)動目標(biāo)跟蹤方法，對狀態(tài)模型和測量模型采用UT變換，從而求取非線性變換的轉(zhuǎn)移矩陣，保證了非線性系統(tǒng)的濾波精度。

3.2 目標(biāo)觀測模型

設(shè)目標(biāo)飛行時(shí)的觀測設(shè)備由1臺雷達(dá)完成，測量數(shù)據(jù)包括測站坐標(biāo)系下的目標(biāo)相對測站的距離和速度。設(shè)距離測量誤差為1 mm，速度測量誤差為1 mm/s。測量數(shù)據(jù)曲線如圖2所示。

3.3 軌跡確定結(jié)果及分析

應(yīng)用本文的提出的機(jī)動目標(biāo)軌跡確定方法，根據(jù)測站對目標(biāo)的距離和相對速度的測量，可以得到目標(biāo)的飛行軌跡。

結(jié)果分析，從圖3中可以看出，由于目標(biāo)飛行軌跡是明顯的非線性特征，導(dǎo)致測控?cái)?shù)據(jù)呈現(xiàn)明顯的非線性特征。在這種模式下，傳統(tǒng)的線性濾波將帶入大量截?cái)嗾`差造成目標(biāo)濾波發(fā)散。從實(shí)驗(yàn)可以看出，當(dāng)濾波開始時(shí)，先驗(yàn)信息積累不足，目標(biāo)計(jì)算軌跡短時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)發(fā)散趨勢，但隨著觀測數(shù)據(jù)的不斷積累，濾波迅速收斂，并維持高精度狀態(tài)，見圖3和圖4。

4 結(jié)論

本文提出的基于UKF的機(jī)動目標(biāo)軌跡確定方法，能有效抑制動力學(xué)模型非線性和觀測模型非線性帶來的模型誤差。和傳統(tǒng)EKF濾波方法相比，該方法不僅避免了截?cái)嗾`差造成的濾波發(fā)散，而且避免了求解雅克比矩陣，簡化計(jì)算流程，可以模塊化處理，非常適合工程實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] Tapley B D，BornG，SchutzB.Orbit determination fundamental and application[M].Texas：The University of Texas，1986.

[2] 潘曉剛.空間目標(biāo)定軌的模型與參數(shù)估計(jì)方法及應(yīng)用[D].長沙：國防科技大學(xué)，2009.