基于辅助粒子滤波的机动目标跟踪研究

针对机动目标跟踪巾扩展卡尔曼算法（EKF）收敛速度慢、跟踪精度低的问题,基于粒子滤波（PF）和辅助粒子滤波（APF）的基本思想,结合目标先验信息将速度约束条件加入到跟踪过程巾,对辅助粒子滤波算法进行了仿真分析,与扩展卡尔曼进行仿真对比,分析了跟踪性能和误差。仿真结果表明,对机动目标跟踪问题,辅助粒子滤波不仅解决了扩展卡尔曼线性化困难难题,与EKF相比还具有收敛速度快,跟踪精度高的优点。     

基于PnP和自适应线性卡尔曼滤波的实时位姿估计

针对实时位姿估计中扩展卡尔曼滤波(EKF)线性化引入非线性误差和依赖已知噪声分布的缺点,提出一种基于PnP的自适应线性卡尔曼滤波位姿估计求解方法。将PnP位姿估计求解策略引入卡尔曼滤波观测方程,通过对动态方程误差统计参数实时估计,自适应调节卡尔曼滤波递推参数。所提算法求解精度高,固定了观测方程的观测向量维度,提高了算法实用性。通过仿真试验,比较了该算法与EKF的位姿估计精度,通过量化误差分析,证明了该方法可以提高三维运动位姿估计精度,也验证了该方法的有效性。     

跟飞编队卫星相对导航自适应EKF算法研究

针对跟踪星对目标星跟飞编队的相对导航问题,提出了基于自适应扩展卡尔曼滤波（EKF）的相对导航算法。以线性离散化的椭圆参考轨道相对动力学模型为导航状态方程．设计了虚拟测量量及相应的测量矩阵,避免了求解雅可比矩阵的复杂计算。为了适应构型尺寸变化引起的模型误差变化,提出了模型误差在线估计算法。仿真显示,算法具有较快的收敛速度和较高的估计精度。该研究成果可作为卫星编队应用的有益参考。     

一种基于三维到达角的无偏伪线性卡尔曼滤波

为了解决大场景下基于三维到达角的目标跟踪问题，提出了一种具有无偏性的伪线性卡尔曼滤波。首先，基于三维到达角信息对目标运动模型与量测模型进行建模；之后，对量测模型进行了伪线性化处理，得到了线性形式的目标量测模型。为了解决伪线性卡尔曼滤波存在的有偏性问题，提出了一种结合EKF（extend Kalman filter）的三维伪线性无偏卡尔曼滤波。仿真实验表明，该模型能够对非机动目标与机动目标有效跟踪，对于百公里级别的目标，当角测量误差从0.1°变化到0.5°，算法在仿真时间结束时均能将绝对位置误差降低至10 km以内，且算法的运行速度与EKF为同一个量级，同时兼顾了抗干扰能力、定位跟踪精度、运行效率的要求，能够为大场景下的目标跟踪提供有效方法。     

基于PLKF的固定单站无源定位与跟踪算法研究

利用到达方向（DOA）和多普勒频率（DF）建立了固定单站对空中运动辐射源的无源定位与跟踪模型,推导了该模型下的伪线性测量方程,用伪线性卡尔曼滤波（PLKF）算法实现了定位与跟踪;在此基础上用k时刻的状态估计值代替一步预测值对该算法进行了改进;最后与扩展卡尔曼滤波（EKF）算法进行比较。仿真结果表明,改进的PLKF算法具有更快的收敛速度和更高的收敛精度,PLKF算法克服了EKF算法的一些缺点。     

单天基平台测向的空间非合作目标跟踪

针对仅含角度测量信息的单个天基平台可观测性较弱的问题,提出了一种含脉冲机动检测的空间非合作目标跟踪算法,并设计了非合作目标实时跟踪数据处理流程.该算法利用抗差估计技术和UKF（Unscented Kalman Filter,无迹卡尔曼滤波）算法构造目标跟踪滤波器,并综合残差多项式拟合和新息分布特征等方法实现目标机动检测,在天基平台观测信息类型有限和观测几何较差的情况下,可以同时排除孤立野值和成片测量野值的影响,实现非合作机动目标的连续稳定跟踪.数值实验验证了算法的可行性和有效性,也表明了跟踪精度和可靠性与测量精度密切相关.     

机载单站对运动目标无源定位跟踪算法

针对无源定位系统中,机载单站相对于运动辐射源目标作为状态模型,在测方位角及其变化率基础上,引入多普勒频率变化率参数构建观测模型。常用的扩展卡尔曼滤波（EKF）存在不稳定和精度低的问题,采用修正增益的扩展卡尔曼滤波算法（MGEKF）,找出修正函数矩阵,实现定位状态滤波估计。仿真结果表明,MGEKF算法较之EKF算法有较高的定位精度和较快的收敛速度。     

基于IMMKF算法的ADS-B监视应用目标跟踪

目标跟踪是机载广播式自动相关监视（ADS-B）应用的基础功能,对提升航空器周边的弱机动民航飞机目标跟踪性能具有重要意义。提出一种基于交互式多模型卡尔曼滤波（IMMKF）算法的ADS-B 监视应用目标跟踪方法。首先,针对弱机动背景下的民航飞机的飞行特点,建立包含匀速模型和标准协同转弯模型的运动模型集,并对模型进行线性化近似;然后,将模型预测和ADS-B 状态矢量量测数据作为IMMKF 算法中多个并行卡尔曼滤波器的输入,进行并行滤波;最后,计算得到目标状态矢量的估计和模型近似概率,并作为下一次迭代的输入。结果表明：相比于基于匀速模型的卡尔曼滤波目标跟踪方法,IMMKF 方法的位置跟踪误差降低了59%,速度跟踪误差降低了77%,显著提升了状态估计性能,具备较高的跟踪精度、稳健性与计算效率,在ADS-B 监视应用中具有实际应用价值与借鉴意义。     

无源定位跟踪滤波算法研究及仿真分析

首先介绍了几种无源定位跟踪滤波算法原理,包括扩展卡尔曼滤波（EKF）,无迹卡尔曼滤波器（EKF）,交互多模型滤波器（IMM）;然后通过建立几种不同模型来对每一种滤波算法进行仿真,依据仿真图形和误差结果对滤波算法进行分析,从而实现不同滤波模型根据目标运动状态进行监视和切换,这对无源定位跟踪算法精度的提高和实际应用有很大的...     

利用跟踪-微分器构造机动目标估计模型

在分析目标运动特点的基础上,提出了一种新的基于跟踪-微分器的机动目标估计模型。该估计模型与卡尔曼滤波算法相结合,能够在动态过程完全未知的情况下估计出目标运动参数,且估计模型简单,物理意义明确,能够适应于目标的各种机动行为模式。仿真结果表明,具有跟踪-微分器结构的估计模型不但具有很强的适应性,而且能够获得满意的估计精度。     

天基低轨空间监视雷达密集短弧观测数据的定轨应用研究

当天基雷达采用多波束扫描时,每次与空间目标交会可获取类似跟踪的观测数据。本文讨论了这些密集短弧观测数据在目标轨道改进中的应用。在没有测量时,采用矩阵Ricatti方程计算状态误差;引入观测数据时,比较了EKF和UKF两种滤波算法的轨道改进效果。仿真表明,UKF的收敛速度优于EKF;天基短弧观测数据可以很好地抑制误差发散,满足监视任务需求。     

包含乘性噪声自适应修正的非合作目标相对导航算法

无人机（UAV）态势感知的任务是利用机载传感器对未知环境进行目标识别和引导，针对无人机与非合作目标间中远距离的相对导航问题，提出了一种基于角度和距离量测的相对状态估计算法。在现有滤波算法的基础上，为了提高精度和稳定性，本文利用了列文伯格-马夸尔特（LM）优化的思想对迭代卡尔曼滤波（IEKF）算法进行改进，提出了一种LM-IEKF算法，并推导该算法在迭代过程中的状态更新方程及协方差阵的递推公式。在此基础上，考虑到距离传感器由于信号相关特性而引入的乘性噪声，现有的加性噪声模型难以适应，因此，进一步提出了基于量测噪声自适应修正的Modified LM-IEKF方法，通过在线实时更新噪声阵提高滤波的精度，并设置渐消记忆指数平滑估计结果。算法验证结果表明，与现有的EKF、IEKF算法相比，在仅含加性噪声的情况下，LM-IEKF算法具有更好的性能；在包含乘性噪声的情况下，Modified LM-IEKF可以有效地估计量测噪声，与目前广泛使用的EKF算法相比，在综合相对位置和相对速度精度上分别提高了10%和23%。     

Design of a practical tracking algorithm with radar measurements

The extended Kalman filter (EKF) has been widely used as a nonlinear filtering method for radar tracking problems. However, it has been found that if cross-range measurement errors of the target position are large, the performance of the conventional EKF degrades considerably due to nonnegligible nonlinear effects. A new filtering algorithm for improving the tracking performance with radar measurements is developed based on the fact that correct evaluation of the measurement error covariance is possible in the Cartesian coordinate system. The proposed algorithm may be viewed as a modification of the EKF in which the variance of the range measurement errors is evaluated in an adaptive manner. The filter structure facilitates the incorporation of the sequential measurement processing scheme, and this makes the resulting algorithm favorable to both estimation accuracy and computational efficiency. Computer simulation results show that the proposed method offers superior performance in comparison to previous methods. Moreover, our developed algorithm provides some useful insight into the radar tracking problem     

Two-step optimal estimator for three dimensional target tracking

This study presents an adaptation of a novel estimation methodology to the general nonlinear three-dimensional problem of tracking a maneuvering target. The two-step optimal estimator (TSE) suggests an attractive alternative to the standard extended Kalman filter (EKF). A superior performance is accomplished by dividing the estimation problem into two steps: a linear first step and a nonlinear second step. The target tracking performance of the TSE is shown to be better than an EKF implemented in either inertial or modified spherical coordinates. In the passive case, where bearing/elevation angles only are measured, the TSE yields excellent range and target acceleration estimates. In the active case, where range measurement is available as well, a homing missile employing closed-loop optimal guidance based on the TSE state estimates obtains smaller miss distances than with either versions of the EKF.     

高超声速滑翔目标自适应跟踪方法

针对机动模式复杂多变的高超声速滑翔目标跟踪问题，提出了一种机动频率自适应跟踪方法。采用介于常速度和常加速度模型之间的Singer模型来表征目标气动力加速度的变化，从而建立跟踪系统的状态方程。根据地基雷达量测量获得系统的量测方程，鉴于距离和角度信息的量级相差较大将其由球形量测量转换为位置量测量。为了适应高超声速滑翔目标灵活多样的机动模式，基于正交性原理和无迹卡尔曼滤波算法实现了Singer模型中机动频率参数的自适应。利用滤波信息计算得到能够反映状态模型误差大小的调整因子，用于放大Singer模型中的机动频率，进而调整状态方程的过程噪声以降低模型误差。通过对2种典型机动轨迹的跟踪仿真，并与交互式多模型等方法进行比较，结果表明所提方法的跟踪精度高、计算量小，能够较好地适应阶跃机动和连续幅值变化的机动。     

机动目标“当前”统计模型与自适应跟踪算法

本文提出机动目标“当前”统计模型的概念并建议用修正的瑞利-马尔科夫过程描述目标随机加速机动的统计特性。文中指出了在机动目标运动模型中状态（机动加速度）估值与状态噪声之间的内在联系。在此基础上提出了具有机动加速度均值及方差自适应的卡尔曼滤波算法。对一维和三维的情形进行了计算机模拟。计算结果表明,在仅对目标位置进行观测的情况下,这类自适应估值算法无论对高度机动或无机动的目标均可绘出较好的位置、速度及加速度估值。     

一类新型的机动目标跟踪算法

针对机动目标跟踪,提出了基于截断正态概率模型的改进自适应目标跟踪算法,该算法具有结构和计算简单,鲁棒性好的特点,通过仿真结果对比,充分说明了文中所提出的跟踪算法能够较好地弥补传统的Kalman滤波方法在跟踪机动目标时的不足。     

机载雷达目标跟踪与航迹信息提取

针对机动目标跟踪中航迹信息提取精度不高的问题,提出一种ECEF坐标系下基于交互多模型的多机协同跟踪算法。首先,各载机以ECEF坐标系为融合中心对目标量测进行无偏转换处理,以有效减小量测转换误差对目标跟踪的影响;然后,利用交互多模型的方法对目标进行融合跟踪,以进一步提高目标机动时的跟踪精度;最后,通过二次滤波的方法,来有效实现目标航迹信息的精确提取。仿真结果表明,该算法可较好地提高目标机动时的跟踪精度和航迹信息提取精度。