弹道目标跟踪滤波方法研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2022.01.010

摘要/Abstract

摘要：

主要对弹道目标的跟踪滤波方法进行了综述，对扩展卡尔曼滤波（extended Kalman filter, EKF）、转换测量卡尔曼滤波（conversion measurement Kalman filter, CMKF）、基于弹道运动方程的扩展卡尔曼滤波（ballistic extended Kalman filter, BEKF）、基于弹道运动方程的无敏卡尔曼滤波（ballistic unscented Kalman filter, BUKF）4种滤波算法的关键点、优缺点进行了剖析。进一步利用仿真的弹道数据对4种滤波方法的效能进行了验证，对比了不同滤波器的滤波精度和再入目标的跟踪性能，分析了质阻比对滤波性能的影响，提出了选择和设计目标跟踪滤波方法时需要考虑的几个问题，为雷达滤波方法的选择和设计提供参考和依据。

关键词: 弹道目标, 跟踪, 扩展卡尔曼滤波, 转换测量卡尔曼滤波, 无敏卡尔曼滤波, 滤波器设计

Abstract:

The method of tracking filter of ballistic target is summarized. The key points， advantages and disadvantages of the extended Kalman filter （EKF）， conversion measurement Kalman filter （CMKF）， ballistic EKF （BEKF）， and ballistic unscented Kalman filter （BUKF） are analyzed. The efficacy of the four filtering methods is further verified using simulated ballistic data. The filtering precision， tracking performance of different filters for reentry target are compared and the effect of ballistic coefficient and measure error on filter performance is analyzed. The method of forming covariance of measure error is proposed， which improves adaptability and precision of filter. Several problems that should be considered when choosing and designing target tracking filter methods are proposed to provide reference and bases for the selection and desing of radar filtering methods.

Key words: ballistic target, tracking, extended Kalman filter, conversion measurement Kalman filter, unscented Kalman filter, filter design

中图分类号:

TN953

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图/表 11

图1 目标距离随时间的变化关系

Fig. 1 Change of target range with time

图2 目标方位角随时间的变化关系

Fig. 2 Change of target azimuth with time

图3 目标仰角随时间的变化关系

Fig. 3 Change of target elevation with time

图4 目标全速度随时间的变化关系

Fig. 4 Change of target velocity with time

图5 距离的均方根误差曲线

Fig. 5 Range root-mean-square error

图6 方位角的均方根误差曲线

Fig. 6 Azimuth root-mean-square error

图7 俯仰角的均方根误差曲线

Fig. 7 Elevation root-mean-square error

图8 质阻比对距离的影响

Fig. 8 Effect of mass-to-drag ratio on range

图9 质阻比对方位角的影响

Fig. 9 Effect of mass-to-drag ratio on azimuth

图10 质阻比对俯仰角的影响

Fig. 10 Effect of mass-to-drag ratio on elevation

图11 质阻比对全速度的影响

Fig. 11 Effect of mass-to-drag ratio on velocity

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