连发火炮弹道曲线拟合方法技术

本发明专利技术公开了一种连发火炮弹道曲线拟合方法，涉及专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法技术领域。所述方法包括如下步骤：通过雷达采集连发火炮弹丸；对采集的所述初始速度进行最优起始数据搜索，搜索出检测质量最高的点的作为航迹起始；对航迹起始进行双向α‑β‑γ跟踪滤波，利用全弹道的量测信息以起始航迹为中心，向前后时刻分别进行跟踪滤波，形成弹道曲线。所述方法比传统算法具有更高的抗干扰能力，能够获得较为准确的弹道曲线。

【技术实现步骤摘要】
连发火炮弹道曲线拟合方法
本专利技术涉及专门适用于特定应用的数字计算或数据处理的设备或方法
，尤其涉及一种连发火炮弹道曲线拟合方法。
技术介绍
雷达弹道测量是靶场试验的重要方法，利用雷达对弹道参数进行测量已成为广泛使用的手段。在对连发火炮进行初速测量时，由于炮口火焰与后效期的影响，使得初速的测量不准确。在利用连续波雷达进行弹丸初速测量时，多采用(初速)外推技术。通过外弹道测量数据处理对雷达测量数据进行航迹起始、数据关联、跟踪、滤波、平滑预测等运算得到弹丸飞行全过程的弹道信息，最终根据出膛时刻外推得到弹丸的真实初速。传统弹道测量多目标数据处理流程如图1所示，采用实时处理方式，从第一帧数据开始，进行(信号处理)预处理、航迹起始、跟踪滤波过程，每输入一帧数据进行一次数据处理。传统的航迹起始方法以第一帧数据作为起始数据。航迹起始的可靠性受到第一帧数据的影响较大。在连发的高射频弹丸初速测量中，由于雷达起始检测位置距离炮口较近、弹丸的速度高、RCS小等原因，第一帧数据中会产生较大干扰，使多目标跟踪效果较差，从而导致弹道测量的可靠性与稳定性普遍不高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是如何提供一种精度高的连发火炮弹道曲线拟合方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于包括如下步骤：通过雷达采集连发火炮弹丸回波数据，炮口触发仪采集炮弹出膛时刻；对采集的所述回波数据进行最优起始数据搜索，搜索出检测质量最高的点的作为航迹起始点，航迹起始点包含了时间和速度信息；进行航迹起始得到起始航迹；对起始航迹进行双向α-β-γ跟踪滤波，利用全弹道的量测信息以起始航迹为中心，向前后时刻分别进行跟踪滤波，形成弹道曲线。进一步的技术方案在于：所述最优起始数据搜索的方法如下：设置帧长为n；第i帧数据中目标个数为ki，每一帧数据内第j个目标对应的速度和时间分别为vj，tj；发射弹丸个数m_k，速度判决区间(vmin，vmax)，最大发射间隔δt；其中，m_k、vmin、vmax与δt可以根据试验时发射的弹丸种类得到；最优起始数据通过以下公式获得：1)干扰最少；2)不存在异常数据；其中k为雷达检测到的目标个数，δt是指弹丸之间的时间间隔。进一步的技术方案在于：1)初始化采样次数计数器i；2)将ki与m_k进行比较；若ki<m_k，删除对应该数据并跳转步骤5)；若k＝m_k，进行步骤3)；若k>m_k，跳转步骤4)；3)遍历i，若对于任意的vj，tj满足vj∈(vmin，vmax)且(tj+1-tj)<δt，跳转步骤8)；若不满足，跳转步骤5)；4)计算数据目标个数与发射弹丸个数差值储存在向量P中，pi＝k-m_k；5)i＝i+1，若i≤n，跳转步骤2)；6)遍历向量P，找到P中最小值pi；7)遍历i，若对于任意的vj，tj满足vj∈(vmin，vmax)且(tj+1-tj)<δt，跳转步骤8)；若不满足，删除pi跳转步骤6)；8)设置第i帧数据为初始数据，搜索完成。进一步的技术方案在于：所述的在所有时刻的测量中搜索出检测质量最高的时刻作为航迹起始点的方法如下：通过最优起始数据搜索得到起始时刻L；在第L帧数据内每一个量测点建立初始航迹点；根据下一帧数据的测量信息进行预测，得到下一帧数据的关联区域；将在关联区域内的量测进行航迹拓展；若关联区域内存在多个量测，则采用最邻近准则选取最邻近关联区域中心点的量测；若关联区域没有量测，则删除对应的初始航迹点；对L+2时刻数据重复上述过程，航迹起始完成。进一步的技术方案在于：所述的双向α-β-γ跟踪滤波过程分为前向滤波与后向滤波两部分，假设起始航迹的时刻为L、L+1、L+2，在L-1到1时刻进行前向滤波；在L+3到结束时刻进行后向滤波。进一步的技术方案在于：进行前向滤波时假设目标从L+2时刻开始到第1时刻做近似匀加速运动，从L-1时刻开始进行α-β-γ滤波，直到第1时刻滤波完成；α-β-γ前向滤波方程如下：1)目标状态方程X(i-1)＝PX(i)+Φn(i)(3)在初速测量中，目标的状态主要包括速度、加速度、加加速度，为状态转移矩阵；为噪声分布矩阵；n(i)为均值为零的高斯白噪声；2)量测方程Z(i)＝H(i)X(i)+W(i)(4)量测矩阵H(i)＝[100]，量测噪声W(i)为高斯白噪声，均值为零；3)α-β-γ滤波器状态更新方程其中，K为增益；i从L到2进行取值，i-1时刻的参数估计如下：Vest(i),分别为i时刻的速度、加速度和加加速度匹配值；Vpre(i)，分别为i时刻的速度、加速度和加加速度估计值。i-1时刻目标运动状态参数的匹配值如下：增益系数α，β，γ通过临界阻尼选择法得到，通过跟踪滤波得到目标当前时刻运动状态估计值，直到第1距离门数据完成滤波。进一步的技术方案在于：所述方法在最优起始数据搜索之前还包括对雷达采集连发火炮弹丸的回波数据进行预处理的步骤。进一步的技术方案在于：所述预处理是指对雷达回波信号进行处理，包括短时傅里叶变换与恒虚警方法，用于从雷达回波数据中提取出目标的时间与速度信息。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术所述方法首先选择检测效果最佳的数据作为起始数据进行航迹起始；对起始航迹进行双向α-β-γ跟踪滤波，利用全弹道的量测信息以起始航迹为中心，向前后时刻分别进行跟踪滤波，形成弹道曲线。实测数据处理结果表明，所述方法能够避免第一帧数据不确定性带来的影响，提高了雷达测量弹道参数的可靠性与稳定性。附图说明图1是现有技术中传统多目标弹道数据处理流程图；图2是本专利技术实施例所述方法的流程图；图3是本专利技术实施例所述方法中最优起始数据搜索算法流程图；图4是现有技术得到的航迹起始结果图；图5是本专利技术实施例所述方法得到的航迹起始结果图；图6是现有技术的目标点迹图；图7是本专利技术实施例通过所述方法得到的目标点迹图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。如图2所示，本专利技术实施例公开了一种连发火炮弹道曲线拟合方法，包括如下步骤：通过雷达采集连发火炮弹丸回波数据，炮口触发仪采集炮弹出膛时刻；对雷达采集连发火炮弹丸的回波数据进行预处理，所述预处理是指对雷达回波信号进行处理，包括短时傅里叶变换与恒虚警方法，用于从雷达回波数据中提取出目标的时间与速度信息；对预处理后的所述回波数据进行最优起始数据搜索，搜索出检测质量最高的点的作为航迹起始点，航迹起始点包含了时间和速度信息；进行航迹起始得到起始航迹；对起始航迹进行双向α-β-γ跟踪滤波，利用全弹道的量测信息以起始航迹为中心，向前后时刻分别进行跟踪滤波，形成弹道曲线。最优起始数据搜索算法设置帧长为n；第i帧数据中目标个数为ki，每一帧数据内第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于包括如下步骤：通过雷达采集连发火炮弹丸回波数据，炮口触发仪采集炮弹出膛时刻；对采集的所述回波数据进行最优起始数据搜索，搜索出检测质量最高的点的作为航迹起始点，航迹起始点包含了时间和速度信息；进行航迹起始得到起始航迹；对起始航迹进行双向α‑β‑γ跟踪滤波，利用全弹道的量测信息以起始航迹为中心，向前后时刻分别进行跟踪滤波，形成弹道曲线。

【技术特征摘要】
1.一种连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于包括如下步骤：通过雷达采集连发火炮弹丸回波数据，炮口触发仪采集炮弹出膛时刻；对采集的所述回波数据进行最优起始数据搜索，搜索出检测质量最高的点的作为航迹起始点，航迹起始点包含了时间和速度信息；进行航迹起始得到起始航迹；对起始航迹进行双向α-β-γ跟踪滤波，利用全弹道的量测信息以起始航迹为中心，向前后时刻分别进行跟踪滤波，形成弹道曲线。2.如权利要求1所述的连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于，所述最优起始数据搜索的方法如下：设置帧长为n；第i帧数据中目标个数为ki，每一帧数据内第j个目标对应的速度和时间分别为vj，tj；发射弹丸个数m_k，速度判决区间(vmin，vmax)，最大发射间隔δt；其中，m_k、vmin、vmax与δt可以根据试验时发射的弹丸种类得到；最优起始数据通过以下公式获得：1)干扰最少；2)不存在异常数据；其中k为雷达检测到的目标个数，δt是指弹丸之间的时间间隔。3.如权利要求2所述的连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于：1)初始化采样次数计数器i；2)将ki与m_k进行比较；若ki<m_k，删除对应该数据并跳转步骤5)；若k＝m_k，进行步骤3)；若k>m_k，跳转步骤4)；3)遍历i，若对于任意的vj，tj满足vj∈(vmin，vmax)且(tj+1-tj)<δt，跳转步骤8)；若不满足，跳转步骤5)；4)计算数据目标个数与发射弹丸个数差值储存在向量P中，pi＝k-m_k；5)i＝i+1，若i≤n，跳转步骤2)；6)遍历向量P，找到P中最小值pi；7)遍历i，若对于任意的vj，tj满足vj∈(vmin，vmax)且(tj+1-tj)<δt，跳转步骤8)；若不满足，删除pi跳转步骤6)；8)设置第i帧数据为初始数据，搜索完成。4.如权利要求1所述的连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于，所述的在所有时刻的测量中搜索出检测质量最高的时刻作为航迹起始点的方法如下：通过最优起始数据搜索得到起始时刻L；在第L帧数据内每一个量测点建立初始航迹点；根据下一帧数据的测量信息进行预测，得到下一帧数据的关联区域；将在关联区域内的量测进行航迹拓展；若关联区域内存在多个量测，则采用最邻近准则选取最邻近关联区域中心点的量测；若关联区域没有量测，则删除对应的初始航迹点；对L+2时刻数据重复上述过程，航迹起始完成。5.如权利要求1所述的连发火炮弹道曲线拟合方法，其特征在于：所述的双向α-β-γ跟踪滤波过程分为前向滤波与后向滤波两部分，假设起始航迹的时刻为L、L+1、L+2，在L-1到1时刻进行前向滤波；在L+3到结束时刻进行后向滤波。6.如权利要求5所述的连发火...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩壮志，张宏伟，芦永强，史林，马俊涛，梁四洋，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北,13