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水下动目标纯方位被动跟踪仿真研究

矢量传感器的目标方位估计[1],是近年来发展的一项新技术.矢量传感器具有体积小、重量轻的特点,便于制作成浮标型式.本文讨论矢量传感器浮标阵对运动目标的纯方位跟踪问题.由于不同目标辐射的线谱频率不同,原则上单根谱线即可对应一个目标,因而频域上具有分辨多目标的能力.此外,纯方位跟踪定位与声速无直接关系,高信噪比情况可获得目标轨迹的无偏估计.1 定位解算模型考虑二维定位,设目标T坐标为(x,y),第i号浮标坐标(xi,yi),第j号浮标坐标(xj,yj).二元浮标构成基本的定位阵形,浮标位置由GPS获得,Lij代表基线长度,βij代表基线斜率夹角,示于图1.水声测量仅需获得目标方位角αi、αj,故称纯方位定位.方位角以正北为基准,顺时针取正,逆时针取负.如图1所示,此处αi为正,αj为负.根据几何关系:Risinαi-Rjsinαj=LijcosβijRicosαi-Rjcosαj=Lijsinβij针对浮标i不难推得:Ri=-Lij...  (本文共5页) 阅读全文>>

《系统仿真学报》2003年10期
系统仿真学报

双基阵纯方位水下被动目标跟踪性能仿真分析

引 言1 考虑到作战的隐蔽性,潜艇声纳主要工作在被动方式,使得对水下目标的检测、跟踪和识别更加困难。水下被动目标跟踪作为声纳技术的重要研究领域之一,已得到深入的研究。现代声纳设备不仅要求其具有方位跟踪的能力,而且要求能够利用无源声纳观测到的目标方位信息来估计目标的运动要素,如距离、航向、航速等。以往的研究表明,当利用单基阵进行纯方位目标跟踪时,如果基阵所在平台在目标运动要素估计期间作匀速直线运动,则目标的运动要素是不可观测的[1,2],所以要求观测平台在跟踪过程中必须作有效机动。观测平台机动N次,等效于N个不同位置上的观测平台观测同一个目标,更一般的讲,就是利用N维方位信息来完成纯方位跟踪[3]。 在复杂多变的实际海战环境中,要求观测平台进行满足可观测性的机动,会给单基阵的纯方位目标跟踪带来困难。于是,双基阵纯方位目标跟踪得到了进一步的研究[4,5,6]。本文从现代潜艇的一般配置出发,主要研究了基于双基阵方位测量值的数据融合算...  (本文共4页) 阅读全文>>

《舰船电子工程》2002年03期
舰船电子工程

纯方位水下被动目标跟踪与卡尔曼滤波

1引言 利用被动式水声传感器所接收的目标方位信息,快速、准确、稳定地确定目标运动参数成为潜艇隐蔽攻击中的关键问题。这类问题的特点是量测量的获取采用被动方式,由于跟踪系统本质上的非线性和可观测性差,导致了跟踪算法处理上的困难,并使得跟踪结果在精度和收敛时间上产生了矛盾,而且,如果观测器不执行一定的机动,系统的状态是不可观测的川。 以往的研究表明,纯方位水下被动跟踪系统往往表现出独特的可观测性,使得该系统的性能不但与运动几何有关,还同进行系统描述的坐标系有关。纯方位目标跟踪问题的解决方案中卡尔曼滤波是引人注目、广泛应用的一种方法,这种方法主要在直角坐标系和极坐标系下进行工作。早期的研究习惯于采用直角坐标系,直角坐标系下的扩展卡尔曼滤波常具有不稳定的性质,其协方差矩阵常常过早的崩溃,导致滤波的发散。伪线性滤波对解的稳定性有改善,然而这种估计算法通常是有偏的。为此,人们在如何改善卡尔曼滤波的计算复杂性和数值稳定性方面做了大量的探索工作,...  (本文共6页) 阅读全文>>

《电子设计工程》2014年08期
电子设计工程

一种水下被动目标纯方位跟踪方法

实际作战中潜艇声纳采用被动工作方式可以实现对敌隐蔽攻击,利用被动声纳获取攻击目标的方位,进而估计出目标的运动状态参数的过程称为纯方位跟踪。由于被动声纳只获得来自目标的含有噪声的角度信息,因此纯方位跟踪的实质是非线性估计的问题。常用的非线性估计方法有扩展卡尔曼滤波(EKF)、伪线性估计器和无味卡尔曼滤波(UKF)。扩展卡尔曼滤波采用非线性函数在估计点附近进行泰勒级数展开,并用一个等价于常规卡尔曼滤波的近似矩阵来代替非线性函数。但是,这种局部线性化的方法会引起滤波值和协方差矩阵的增大,甚至导致滤波发散。文献[1]指出了直角坐标系内的扩展卡尔曼滤波器容易表现出不稳定行为。文献[2]提出采用伪线性滤波器对目标运动状态进行估计,尽管伪线性滤波算法具有算法稳定、计算简单和易于实现等特点,但其估计值是有偏的[3]。无味卡尔曼滤波采用实际的非线性模型,用一个最小的样本点集来近似系统状态的分布函数,理论上能够捕捉到任何非线性函数后验均值与方差的二...  (本文共4页) 阅读全文>>

《火力与指挥控制》2004年01期
火力与指挥控制

时差方位被动定位法在水下目标跟踪中的应用

引 言纯方位目标跟踪 BOT ( Bearing- OnlyTracking)就是利用目标本身的有源辐射 ,如电磁辐射、红外辐射、声波辐射等 ,采用机动单站测向机或测向站测得运动目标的方位信息 ,并利用这些随时间变化的目标方位序列来实时估计目标航迹 (位置和速度等 )技术。但是 ,即使是在目标作匀速运动的情况下 ,单站的 BOT问题是一个非线性问题 [1,3 ,6-8] ,系统的可观测程度很低 ,在观测站作机动之前 ,目标的状态是不可完全观测的 ,而在许多场合下 ,观测站的机动是非常难以实现的。但是 ,平台所需要的平台机动特性启发了可以利用多维信息来解决 TMA ( Target Motion Analysis)系统的可观测性 ,而且在复杂多变的实际海战环境中 ,往往不允许平台执行机动 ,因此需求多维信息和建立基于多维信息的 TMA算法是两个关键问题。TMA方法的研究者们在这两个问题上已经进行了卓有成效的工作 ,针对匀速直线运动...  (本文共3页) 阅读全文>>

《兵工自动化》2005年06期
兵工自动化

双基阵纯方位水下被动目标的跟踪算法

1引言利用单基阵进行纯方位TMA目标跟踪,如果基阵所在平台在目标运动要素估计期间作匀速直线运动,目标的运动要素是不可观测的。而在实际海战环境中,要求潜艇平台进行满足可观测性的机动,就给单基阵的纯方位目标跟踪带来困难。因此,以带拖曳阵声纳的潜艇为模型为例,提出了一种简单有效的双基阵纯方位跟踪算法。2问题的陈述T yβ1(k)Lβ2(k)o基阵1基阵2图1双基阵和目标的运动态势X假设在潜艇上的拖曳阵声纳和位于潜艇平台上的噪声站这两部声纳基阵的声学中心间距为L,两部声纳的采样间隔相等。在直角坐标系中,设平台和目标均作匀速直线运动。用XT=[rTx,rTy,vTx,vTy]T表示目标的运动状态,其中rTx,rTy表示目标相对坐标原点的x方向与y方向的距离;vTx,vTy表示目标在x方向与y方向的绝对速度。用XO=[rOx,rOy,vOx,vOy]T表示潜艇的运动状态,其中:(rOx,rOy)表示潜艇相对坐标原点的x方向与y方向的距离;(...  (本文共2页) 阅读全文>>