临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法制造技术

临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，属于临近空间高速机动目标跟踪技术领域，本发明专利技术为解决现有技术对目标运动的跟踪算法不合理的问题。本发明专利技术所述跟踪算法的具体过程为：建立坐标系，并建立坐标转换矩阵；建立临近空间高速机动目标的运动方程；建立临近空间高速机动目标的非线性机动模型；构建IMM跟踪滤波器，实现IMM跟踪滤波器对临近空间高速机动目标的跟踪滤波。本发明专利技术用于对目标的运动状态进行估计。

Tracking algorithm of maneuvering mutation of high speed maneuvering target in near space

【技术实现步骤摘要】
临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法
本专利技术涉及一种临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，属于临近空间高速机动目标跟踪

技术介绍
固定在地面的观察者需要对目标的运动状态包括位置、速度、加速度等信息进行估计。传统的方法为：首先假设目标采用某种已知的运动模式，例如匀速运动、匀加速运动或转弯运动等运动模式；其次，在该假设的基础上，对目标运动建模；然后，采用Kalman滤波器对目标的运动状态进行估计。然而，临近空间高速机动目标的运动模式不符合上述常用的模式，难以采用传统的运动模式来对目标运动进行建模。张博伦、周荻和吴世凯在“系统工程与电子技术,2019,41(09):2072-2079.”发表的《临近空间高超声速飞行器机动模型及弹道预测》中，采用了一种新的建模方法，引入了三个与气动力有关的状态变量Zx,Zy,Zz来描述临近空间高速机动目标的运动模型，在假定Zx,Zy,Zz的变化较为缓慢的基础上推导出相应的运动模型，最后设计了一个扩展Kalman滤波器对目标运动进行跟踪。但是，在某些场景中，临近空间高速机动目标会本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，其特征在于，该跟踪算法的具体过程为：/nS1、建立坐标系，并建立坐标转换矩阵；/nS2、建立临近空间高速机动目标的运动方程；/nS3、建立临近空间高速机动目标的非线性机动模型；/nS4、构建IMM跟踪滤波器，实现IMM跟踪滤波器对临近空间高速机动目标的跟踪滤波。/n

【技术特征摘要】
1.临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，其特征在于，该跟踪算法的具体过程为：
S1、建立坐标系，并建立坐标转换矩阵；
S2、建立临近空间高速机动目标的运动方程；
S3、建立临近空间高速机动目标的非线性机动模型；
S4、构建IMM跟踪滤波器，实现IMM跟踪滤波器对临近空间高速机动目标的跟踪滤波。


2.根据权利要求1所述的临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，其特征在于，S1所述建立坐标系的具体方法为：
建立地心惯性坐标系OIxIyIzI：以地心为原点OI，原点向着观测点的方向为OIyI轴，OIxI轴与OIyI轴垂直，且OIxI轴在目标的射击平面内，OIxI轴上点指向目标的方向为正方向，再按右手定则获得OIzI轴；
建立观测者惯性坐标系Oo0xo0yo0zo0：以观测者所在位置为原点Oo0，沿铅锤向上的方向为Oo0yo0轴，且Oo0yo0与OIyI重合，Oo0xo0轴与OIxI平行且方向相同，再按右手定则获得Oo0zo0轴；
建立临近空间高速机动目标发射点惯性坐标系O0x0y0z0：以目标的发射点为原点O0，O0y0轴与Oo0yo0轴方向相同，O0x0轴与Oo0xo0轴方向相反，再按右手定则获得O0z0轴；
建立临近空间高速机动目标弹体坐标系Ox1y1z1：以目标的质心为原点O，弹体纵轴的方向为Ox1轴，目标的弹体头部方向为正方向，Oy1轴与Ox1轴垂直，且在弹体纵向对称的平面内，向上的方向为Oy1轴的正方向，再按右手定则获得Oz1轴；
建立临近空间高速机动目标弹道坐标系Ox2y2z2：以目标的质心为原点O，Ox2轴的正方向为目标速度矢量v的方向，Oy2轴与Ox2轴垂直，向上的方向为Oy2轴的正方向，且Oy2轴处于包含v的铅垂平面内，按右手定则获得Oz2轴；
建立临近空间高速机动目标速度坐标系Ox3y3z3：以目标的质心为原点O，Ox3轴的正方向为目标速度矢量v的方向，Oy3轴与Ox3轴垂直，向上的方向为Oy3轴的正方向，且Oy3轴处于目标的弹体纵向对称的平面内，按右手定则获得Oz3轴。


3.根据权利要求2所述的临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，其特征在于，S1所述进行坐标转换的具体方法为：
从观测者惯性坐标系Oo0xo0yo0zo0到临近空间高速机动目标发射点惯性坐标系O0x0y0z0之间的转换矩阵为：



从临近空间高速机动目标发射点惯性坐标系O0x0y0z0到临近空间高速机动目标弹体坐标系Ox1y1z1之间的转换矩阵为：



即：



其中，表示临近空间高速机动目标的俯仰角，为Ox1轴与O0x0z0平面之间的夹角，Ox1轴指向O0x0z0平面上方时角度为正；
ψ表示临近空间高速机动目标的偏航角，为Ox1轴在O0x0z0平面内的投影Ox'与O0x0轴之间的夹角，面向O0x0轴，当O0x0轴转到Ox'是按逆时针转动时，ψ为正；
γ表示临近空间高速机动目标的滚转角，为Oy1轴与包含Ox1轴的铅垂面之间的夹角，由弹体尾部沿纵轴前视，当Oy1轴位于铅垂面的右侧时，γ为正；
从临近空间高速机动目标发射点惯性坐标系O0x0y0z0到临近空间高速机动目标弹道坐标系Ox2y2z2之间的转换矩阵为：



即：



其中，θ表示临近空间高速机动目标的弹道倾角，为Ox2轴与O0x0z0平面之间的夹角，当Ox2轴指向O0x0z0平面上方时，θ为正；
ψv表示临近空间高速机动目标的弹道偏角，为Ox2轴在O0x0z0平面上的投影Ox'2与O0x0轴的夹角，面向O0x0轴，当O0x0轴转到Ox'2是按逆时针转动时，ψv为正。


4.根据权利要求3所述的临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，其特征在于，S2所述建立临近空间高速机动目标的运动方程的具体方法为：
建立临近空间高速机动目标的运动方程：









其中，xI、yI和zI表示临近空间高速机动目标在地心惯性坐标系中的位置信息，和分别表示xI、yI和zI的二阶导数，表示临近空间高速机动目标与地心的距离，单位为米；axI、ayI和azI表示加速度信息在地心惯性坐标系中的分量；
μ＝3.98199×1014；
飞行高度h为：



其中，Re表示地球平均半径。


5.根据权利要求4所述的临近空间高速机动目标机动突变的跟踪算法，其特征在于，axI、ayI和azI的获取方法为：
临近空间高速机动目标所受力在弹体坐标系内的投影为：



其中，α为临近空间高速机动目标的攻角，q＝ρV2/2为动压头，ρ为空气密度；
Cx和Cy分别表示空气动力系数在目标弹道坐标系x轴和y轴的分量；
S表示目标等效参考面积，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹昕光，周荻，李君龙，蔡明春，陈晓波，曹颖，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23