【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于追踪器制导控制，特别是涉及一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法。
技术介绍
1、视线角速率用来描述弹目连线相对于惯性空间指向变化速率，其精度能决定拦截任务的成败。因此，根据追踪器所能获取的相关测量信息提取高精度的弹目视线角速率是拦截任务的关键一环。追踪器导引头只能测得目标相对弹体的视线角信息，这其中不仅耦合着弹体的姿态信息，而且还有着导引头本身因受到姿轨控发动机工作影响所导致的相应的复杂动力学耦合效应，这给视线角速率的提取工作带来了极大的困难。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤一：‘第一步’滤波，结合jerk模型与扩展卡尔曼滤波器，通过测得的目标位置与速度信息，进行目标加速度估计；
4、步骤二：根据目标与追踪器的位置关系，推导在视线坐标系下的追踪器与目标相对运动动力学方程；
5、步骤三：结合‘第一步’滤波结果和动力学方程，选取适当的状态变量建立目标的6阶机动模型；
6、步骤四：‘第二步’滤波，基于6阶机动模型，建立跟踪滤波器模型，通过导引头测得的相对距离、相对速度和视线角信息，进行扩展卡尔曼滤波器设计，实现视线角速率的估计；
7、步骤五：综合“两步”滤波，利用所估计的视线角速率
8、进一步地，在步骤一中，在发射点惯性坐标系的三个轴上，均用jerk模型来分别描述目标加加速度分量的变化；拦截系统的动态模型为
9、
10、其中，
11、
12、x(t),y(t),z(t)代表目标与追踪器之间的相对位置在直角坐标系中的三个分量；vx(t),vy(t),vz(t)代表目标与追踪器之间的相对速度在直角坐标系中的三个分量；而atx(t),aty(t),atz(t)代表目标加速度在直角坐标系中的三个分量；代表目标加加速度在直角坐标系中的三个分量；
13、
14、a和b中的每一部分代表一个3×3矩阵；λt由下式给出
15、
16、λ为jerk模型中目标加速度时间常数的倒数；
17、把式(1)离散化后可得
18、x(t+1)＝φx(t)+u(t) (2)
19、其中，
20、
21、其中，δt表示测量周期；
22、通过导引头可以测得三个方向的位置信息和速度信息；测量方程为
23、ηx＝[x vx y vy z vz]
24、测量矩阵为：
25、
26、根据线性的状态预报方程(2)和线性的测量方程，可以构造kalman滤波器,
27、其预报方程为
28、
29、其中，q为模型预报误差协方差矩阵；滤波器的测量修正方程为
30、
31、由此估计出目标的加速度。
32、进一步地，在步骤二中，目标—追踪器视线矢量表示为
33、
34、其中，和分别代表目标和追踪器在惯性坐标系中的位置矢量；上式相对时间微分，得到
35、
36、其中，和分别代表视线矢量在惯性坐标系和视线坐标系中相对时间求导，代表视线坐标系相对惯性坐标系的旋转角速度，和分别代表目标和追踪器速度矢量；上式在视线坐标系中写成投影形式：
37、
38、其中，
39、
40、则
41、
42、
43、把公式
44、
45、相对时间求导，得到
46、
47、投影到视线坐标系，可得
48、
49、即
50、
51、其中，ar、aε和aβ是追踪器加速度在视线坐标系三个轴上的分量，atr、atε和atβ是目标加速度在视线坐标系三个轴上的分量。
52、进一步地，在步骤三中，将式(10)带入到式(13)可得
53、
54、其中，vr、vε和vβ是追踪器相对速度矢量在视线坐标系三个轴上的分量；选取状态变量：
55、x＝[r vr qεvεqβvβ]t (15)
56、综上，可以得到6阶机动模型：
57、
58、选取相对距离r、相对速度高低角qε和方位角qβ作为测量量；atr、atε和atβ是由jerk模型估计得出的加速度经过坐标转换求出。
59、进一步地，在步骤四中，由式(5)可知根据导引头测量信息，测得相对距离r、相对速度高低角qε和方位角qβ，由此，测量矩阵为：
60、
61、综合以上可以得到跟踪滤波器的模型为：
62、
63、其中，x∈r6和y∈r4是滤波器的测量输出，w和v是系统噪声和测量噪声，且二者均为高斯白噪声。
64、进一步地，根据跟踪滤波器模型设计扩展卡尔曼滤波器的步骤具体为：
65、第一步，对跟踪滤波器模型进行线性化处理，得到雅可比矩阵φk：
66、
67、第二步，预测状态先验估计值xk+1|k：
68、xk+1|k＝f(xk|k) (19)
69、第三步，预测协方差矩阵的先验估计值pk+1|k：
70、pk+1|k＝φkpk|kφkt+q (20)
71、第四步，根据得到的先验估计值计算状态增益矩阵kk+1：
72、kk+1＝pk+1|khk+1t(hk+1pk+1|khk+1t+r)-1 (21)
73、第五步，根据状态增益矩阵修正得到状态后验估计值xk+1|k+1：
74、xk+1|k+1＝xk+1|k+kk+1(zk+1-hxk+1|k) (22)
75、第六步，根据状态增益矩阵修正得到协方差后验估计值pk+1|k+1。
76、进一步地，所述协方差后验估计值pk+1|k+1为：
77、pk+1|k+1＝(i-kk+1h)pk+1|k (23)。
78、本专利技术还提出一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法的步骤。
79、本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现所述一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法的步骤。
80、本专利技术的有益效果：
81、本专利技术提出了一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法，所述方法综合应用“地面跟踪”所得的弹目信息和“被动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，在发射点惯性坐标系的三个轴上，均用Jerk模型来分别描述目标加加速度分量的变化；拦截系统的动态模型为
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤二中，目标—追踪器视线矢量表示为
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤三中，将式(10)带入到式(13)可得
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤四中，由式(5)可知根据导引头测量信息，测得相对距离r、相对速度高低角qε和方位角qβ，由此，测量矩阵为：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据跟踪滤波器模型设计扩展卡尔曼滤波器的步骤具体为：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述协方差后验估计值Pk+1|k+1为：
8.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-7任一项所述方法的步骤。
...
【技术特征摘要】
1.一种估计弹目视线角速率的“两步”滤波设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤一中，在发射点惯性坐标系的三个轴上，均用jerk模型来分别描述目标加加速度分量的变化；拦截系统的动态模型为
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤二中，目标—追踪器视线矢量表示为
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤三中，将式(10)带入到式(13)可得
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤四中，由式(5)可知根据导引头测量信息，测得相对距离r...
【专利技术属性】
技术研发人员：周荻，王庆超，李思远，何源，张茜，胡鑫，邹昕光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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