一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法技术

本发明专利技术的一个实施例公开一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法，包括：S10、根据导引头视线空间运动方程得到视线转率方程；S20、根据视线转率方程得到系统状态方程；S30、根据系统状态方程得到系统量测方程；S40、基于IMM视线转率滤波得到导引头视线转率。本发明专利技术采用一种基于交互多模型的导引头视线转率提取方法，可对末制导视线转率进行高精度滤波估计，基于IMM方法可以实现高精度视线转率提取，从而进行高精度制导控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法
本专利技术涉及导引头视线转率提取领域，更具体地，涉及一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法、系统、计算机设备和存储介质。
技术介绍
当前目标隐身机动突防性能越来越强，如何在拦截过程中提高拦截概率对导引头视线转率提取精度提出了更高的要求。弹上捷联导引头具有测量精度高、高可靠性、低成本的特点，但是由于导引头测量的视线转率包含了弹体姿态信息，需要解耦算法去除弹体姿态带来的干扰信息，得到真实的导引头信息，且导引头在探测目标过程中引入较大的量测噪声，直接影响制导控制系统稳定性。目前视线转率提取方法主要有三种思路：第一种采用基于扩维模型的容积卡尔曼滤波算法，该算法虽然考虑扩维模型提高了视线转率提取精度，但是针对高机动目标或者组合机动目标则该算法具有一定的局限性；第二种方法先提取出惯性视线角，然后对惯性视线角进行微分或滤波估计获取惯性视线角速度信息，这类处理方法一方面涉及多次坐标变换，该方法计算复杂，需要多次转换坐标系，实现复杂，并且导航坐标系选择受到限制；第三种方法采用导引头测量的视线角信息构造出惯性视线角速度信息，这类处理方法由于采用了简化的模型计算惯性视线角速度,只适用于低动态的制导武器。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法。本专利技术的一个目的在于提供一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取系统。本专利技术的一个目的在于提供一种计算机设备。本专利技术的另一个目的在于提供一种存储介质。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术第一方面提供一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法，包括：S10、根据导引头视线空间运动方程得到视线转率方程；S20、根据视线转率方程得到系统状态方程；S30、根据系统状态方程得到系统量测方程；S40、基于IMM视线转率滤波得到导引头视线转率。在一个具体实施例中，在步骤S10中，目标位于于距离原点O的xp轴方向，O点位于导引头旋转中心，目标在视线系x、y和z三个方向下的加速度分别为atx、aty和atz，导弹在视线系x、y和z三个方向下的加速度分别为asx、asy和asz，目标加速度为，导弹加速度为目标和导弹之间的相对关系为：其中，为目标和导弹之间的相对位置；为目标和导弹之间的相对速度；为目标和导弹之间的相对加速度；为目标的位置；为导弹的位置；为目标的速度；为导弹的速度；为目标加速度；为导弹加速度。视线系下x、y和z三个方向角速度分别为wx、wy和wz，视线角速度为因此定义旋转矩阵wp为：由公式(2)和(3)可以得到目标加速度与导弹加速度的相对关系为：其中，为的一阶导；为的二阶导；为wp的一阶导。视线转率角速度和微分方程为：其中，为wy的一阶导；为R的一阶导；为wz的一阶导。在一个具体实施例中，在步骤S20中，由惯性系到视线系转换矩阵L(qγ,qλ)为：其中，qγ为视线高低角；qλ为视线方位角。由视线系角速度与视线角之间的转换关系为：视线运动方程为：其中，为视线方位角速率，也为qλ的一阶导；为qλ的二阶导；为视线高低角速率，也为qγ的一阶导；为qγ的二阶导。由公式(4)、公式(7)-公式(9)可以得出三方向加速度分量为：其中，atsx代表目标相对导弹的加速度在视线坐标系Oxs上的分量；atsy代表目标相对导弹的加速度在视线坐标系Oys上的分量；atsz代表目标相对导弹的加速度在视线坐标系Ozs上的分量；为R的二阶导。设定三个姿态角为俯仰角θ，偏航角ψ，滚转角γ根据qλ、qγ、R、V、γ、ψ和θ建立状态量，得到：其中，建立状态方程如下：其中，jtsx为目标相对导弹的加速度变化率在视线坐标系Oxs上的分量。式(12)中状态方程为：其中，为式(13)的高斯白噪声向量，将三个姿态角变化率向机体轴上投影，得欧拉角和机体系下的角速度关系为：其中，为滚转角γ的一阶导；为俯仰角θ的一阶导；为偏航角ψ的一阶导。根据公式(14)中的状态变量得到状态方程：其中，为式(15)的高斯白噪声向量，从而得到总状态方程为：在一个具体实施例中，在步骤S30中，根据导弹脱靶量和弹目相对距离关系，确定系统量测信息包括导引头测量视线高低角qγ，视线方位角qλ及导弹脱靶量ρ，系统量测量为z＝[qγ,qγ,ρ]量测方程如下：其中，Rij代表地面系到弹体系的转换矩阵R中第i行第j列元素；v1代表视线高低角的量测噪声；v2代表视线方位角的量测噪声；v3代表脱靶量的量测噪声。在一个具体实施例中，所述S40还包括：S400、状态估计的交互式作用设从模型i转移到模型j的转移概率矩阵为：令为k-1时刻滤波器j的状态估计，Pj(k-1|k-1)为相应的状态方差阵，u(k-1)(j)为k-1时刻模型j的概率，且i，j＝1，2，…，N，则交互计算后r个滤波器在k时刻的输入如下式：式(19)中，可以得到S402、模型修正将和P0j(k-1|k-1)作为k时刻第j个模型的输入，得到相应的滤波输出为和Pj(k|k)；S404、模型似然性计算模型j滤波残差为vj(k)，相应的协方差为Sj(k)，并服从高斯分布，模型j的似然性Λj(k)为其中，S406、模型概率更新模型j的概率更新为：其中，S408、模型输出设和P(k|k)分别为k时刻交互式的输出，则有本专利技术第二方面提供一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取系统，包括：第一模块：用于根据导引头视线空间运动方程得到视线转率方程；第二模块：用于根据视线转率方程得到系统状态方程；第三模块：用于根据系统状态方程得到系统量测方程；第四模块：用于基于IMM视线转率滤波得到导引头视线转率。本专利技术第三方面提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本专利技术第一方面所述的方法。本专利技术第四方面提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术第一方面所述的方法。本专利技术的有益效果如下：本专利技术采用一种基于交互多模型的导引头视线转率提取方法，可对末制导视线转率进行高精度滤波估计，基于IMM方法可以实现高精度视线转率提取，从而进行高精度制导控制。附图说明...

【技术保护点】
1.一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法，其特征在于，包括：/nS10、根据导引头视线空间运动方程得到视线转率方程；/nS20、根据视线转率方程得到系统状态方程；/nS30、根据系统状态方程得到系统量测方程；/nS40、基于IMM视线转率滤波得到导引头视线转率。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于交互多模型滤波的导引头视线转率提取方法，其特征在于，包括：
S10、根据导引头视线空间运动方程得到视线转率方程；
S20、根据视线转率方程得到系统状态方程；
S30、根据系统状态方程得到系统量测方程；
S40、基于IMM视线转率滤波得到导引头视线转率。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S10中，目标位于于距离原点O的xp轴方向，O点位于导引头旋转中心，目标在视线系x、y和z三个方向下的加速度分别为atx、aty和atz，导弹在视线系x、y和z三个方向下的加速度分别为asx、asy和asz，目标加速度为，导弹加速度为



目标和导弹之间的相对关系为：



其中，为目标和导弹之间的相对位置；为目标和导弹之间的相对速度；为目标和导弹之间的相对加速度；为目标的位置；为导弹的位置；为目标的速度；为导弹的速度；为目标加速度；为导弹加速度；
视线系下x、y和z三个方向角速度分别为wx、wy和wz，视线角速度为因此定义旋转矩阵wp为：



由公式(2)和(3)可以得到目标加速度与导弹加速度的相对关系为：



其中，为的一阶导；为的二阶导；为wp的一阶导；
视线转率角速度和微分方程为：



其中，为wy的一阶导；为R的一阶导；为wz的一阶导。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S20中，由惯性系到视线系转换矩阵L(qγ,qλ)为：



其中，qγ为视线高低角；qλ为视线方位角；
由视线系角速度与视线角之间的转换关系为：



视线运动方程为：






其中，为视线方位角速率，也为qλ的一阶导；为qλ的二阶导；为视线高低角速率，也为qγ的一阶导；为qγ的二阶导；
由公式(4)、公式(7)-公式(9)可以得出三方向加速度分量为：



其中，atsx代表目标相对导弹的加速度在视线坐标系Oxs上的分量；atsy代表目标相对导弹的加速度在视线坐标系Oys上的分量；atsz代表目标相对导弹的加速度在视线坐标系Ozs上的分量；为R的二阶导；
设定三个姿态角为俯仰角θ，偏航角ψ，滚转角γ
根据qλ、qγ、R、V、γ、ψ和θ建立状态量，得到：



其中，
建立状态方程如下：



其中，jtsx为目标相对导弹的加速度变化率在视线坐标系Oxs上的分量；
式(12)中状态方程为：



其中，为式(13)的高斯白噪声向量，
将三个姿态角变化率向机体轴上投影，得欧拉角和机体系下的角...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦雷，李君龙，
申请(专利权)人：北京电子工程总体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11