An Algorithm for High Maneuvering Target Estimation Based on Multi-missile Cooperative Measurement

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

Abstract

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

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

CLC Number:

TJ765

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Figures/Tables 12

Fig. 1 Diagram of cooperative tracking maneuvering target

Fig. 2 Condition number of a matrix

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

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

Fig. 3 Position error of x-axis

Fig. 4 Position error of y-axis

Fig. 5 Position error of z-axis

Fig. 6 Velocity error of x-axis

Fig. 7 Velocity error of y-axis

Fig. 8 Velocity error of z-axis

Fig. 9 Acceleration error of x-axis

Fig. 10 Acceleration error of y-axis

Fig. 11 Acceleration error of z-axis

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