一种基于多弹协同测量的大机动目标估计算法

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2026.03.014

摘要/Abstract

摘要：

针对大机动目标强机动性导致传统单弹观测模式下加速度估计精度不足，进而影响末制导精度的技术难题，提出一种基于分布式协同测量的空空导弹目标状态估计方法。构建了一种多弹协同测量方案，并通过可观性分析给出协同测量增强目标运动状态可观测度的约束条件；针对中重频多普勒雷达导引头测量方式，结合Singer模型与扩展卡尔曼滤波设计了机动目标状态估计算法，并通过数字仿真对比了单弹/多弹测量模式下的估计性能差异。结果表明，在典型交战场景下，协同测量模式中，目标三维位置、速度、加速度估计误差分别收敛至1 m，0.8 m/s和4 m/s²量级，较传统单弹测量模式精度分别提升97%，97.8%和84%。

关键词: 协同估计, 目标跟踪, 多普勒速度, 大机动目标, 扩展卡尔曼滤波

Abstract:

To solve the problem of low acceleration estimation accuracy in traditional single-missile observation modes against highly maneuvering targets， a novel tracking method based on distributed cooperative measurement is proposed. A multi-missile measurement scheme is established， and observability analysis identifies conditions for enhanced target state estimation. A maneuvering target tracking algorithm is then designed by integrating the Singer model with the extended Kalman filter， considering the measurement features of medium-to-high pulse repetition frequency Doppler radar seekers. Numerical simulations show that the cooperative measurement mode reduces 3D position， velocity， and acceleration errors to 1 m， 0.8 m/s， and 4 m/s²， improving accuracy by 97%， 97.8%， and 84%， respectively.

Key words: cooperative estimation, target tracking, Doppler velocity, high maneuvering target, extended Kalman filter

中图分类号:

TJ765

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图/表 12

图1 协同跟踪目标示意图

Fig. 1 Diagram of cooperative tracking maneuvering target

图2 矩阵的条件数

Fig. 2 Condition number of a matrix

表1 雷达性能参数

Table 1 List of radar performance parameters

测量值

测量误差

D_i /m

$α$ /rad

$β$ /rad

v_D_i /（m·s^-1）

0.005

表1 雷达性能参数

Table 1 List of radar performance parameters

测量值

测量误差

D_i /m

$α$ /rad

$β$ /rad

v_D_i /（m·s^-1）

0.005

图3 x向位置误差

Fig. 3 Position error of x-axis

图4 y向位置误差

Fig. 4 Position error of y-axis

图5 z向位置误差

Fig. 5 Position error of z-axis

图6 x向速度误差

Fig. 6 Velocity error of x-axis

图7 y向速度误差

Fig. 7 Velocity error of y-axis

图8 z向速度误差

Fig. 8 Velocity error of z-axis

图9 x向加速度误差

Fig. 9 Acceleration error of x-axis

图10 y向加速度误差

Fig. 10 Acceleration error of y-axis

图11 z向加速度误差

Fig. 11 Acceleration error of z-axis

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