一种滑翔类目标的轨迹预测管道的生成方法技术

一种滑翔类目标的轨迹预测管道的生成方法，包括以下步骤：获取目标的历史跟踪数据；建立目标半再入动力学模型；计算目标特征参数的估计值，目标特征参数包括目标机动控制量、质量归一化气动参数；对目标特征参数进行拟合，计算目标特征参数估计值及估计值的标准差；利用目标特征参数的拟合值以及标准差进行目标运动轨迹预测，基于目标特征参数的预测值生成轨迹预测管道。本发明专利技术将目标机动参数模型与参数估计统计特性引入预测轨迹管道生成，所生成的轨迹预测管道可更准确反映目标轨迹运动特征；并可通过控制采样过程中的误差分布标准差，得到不同概率区域的轨迹预测管道，为目标运动区域预测提供了一种新的具有概率特征预测新方法。测新方法。测新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种滑翔类目标的轨迹预测管道的生成方法


[0001]本专利技术属于制导与控制
，尤其涉及一种滑翔类目标的轨迹预测管道的生成方法。

技术介绍

[0002]滑翔类目标具有高空、高速以及随机不确定机动的特点，从而使得非合作滑翔类目标的轨迹预测精度难以得到保障。目前对于非合作滑翔类目标的轨迹预测的方法研究主要集中于两个方面：一是对特定飞行参数的变化规律进行描述，研究特定控制参数对目标轨迹的影响；二是对目标历史状态信息的规律性进行研究，挖掘目标运动轨迹的特征，采用合理的预测算法对目标轨迹进行预测。对于前一种方法，通常是假定目标在预测过程中飞行参数不发生变化或变化较小，通过对气动参数建模，来描述目标飞行过程中气动参数变化规律，进而实现轨迹预测；但当目标的飞行参数变化较大或飞行模式发生变化时，参数变化规律将不能反映目标的实际运动状态，会导致预测误差迅速增大。对于后一种方法，一般是通过对目标跟踪轨迹进行统计分析，提取目标轨迹的变化特征，并根据变化特征进行拟合性预测或统计性预测，以避免目标运动模式不匹配以及参数估计不准确带来的轨迹预测误差，可在一定程度上提高轨迹预测过程的鲁棒性；但统计特征的建立通常以大量的先验样本信息为输入，当针对可获取信息较少的非合作目标进行预测时，往往会特征统计不准确，带来较大的预测误差。
[0003]基于上述分析可知，对目标轨迹进行预测时预测误差不可避免的存在，如何在具有一定预测误差的情况下得到目标运动的不确定范围变得至关重要。但目前关于目标轨迹预测的研究主要集中于预测方法的研究，缺乏对目标可能出现范围的研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种滑翔类目标的轨迹预测管道生成方法，可以以一定概率生成滑翔类目标的轨迹分布范围，该轨迹预测分布范围即为轨迹预测管道。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取如下的技术解决方案：
[0006]一种滑翔类目标的轨迹预测管道的生成方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取目标的历史跟踪数据，目标的历史跟踪数据包括目标地心距离、经度、纬度、当地速度、当地航迹倾角以及当地航迹偏角；
[0008]S2、建立目标半再入动力学模型；
[0009]目标半再入动力学模型为：式中的r
i
、θ
i
、v
i
、γ
i
、χ
i
分别表示在第i个跟踪时刻跟踪得到的目标地心距离、经度、纬度、当地速度、当地航迹倾角以及当地航迹偏角，i＝1,2,
…
,N，N为目标跟踪时刻数量，ρ为目标所在大气环境下的空气密度，β
i
为目标机动控制量，K
Di
为阻力质量归一化气动参数，K
Li
为升力质量归一化气动参数，g为当地重力加速度，分别表示目标地心距离变化量、经度变化量、纬度变化量、当地速度变化量、当地航迹倾角变化量以及当地航迹偏角变化量；
[0010]S3、计算目标特征参数的估计值；
[0011]目标特征参数包括目标机动控制量β
i
、阻力质量归一化气动参数K
Di
和升力质量归一化气动参数K
Li
，目标机动控制量的估计值阻力质量归一化气动参数的估计值和升力质量归一化气动参数的估计值分别通过以下公式计算：
[0012][0013][0014][0015]式中的为当地航迹偏角变化量的估计值，为当地速度变化量的估计值，为地航迹倾角变化量的估计值；
[0016]S4、对目标特征参数进行拟合，计算目标特征参数估计值及估计值的标准差；
[0017]对于目标特征参数中的每一个参数，将估计时刻和该估计时刻所对应的估计值构成数据对，对预测时长内的所有数据对进行拟合，得到拟合公式，3个目标特征参数分别得到3个拟合公式，根据每一个拟合公式，分别计算每一个目标特征参数的拟合值及拟合值的标准差；
[0018]S5、利用目标特征参数的拟合值以及标准差进行目标运动轨迹预测，生成轨迹预测管道，步骤如下：
[0019]S5
‑
1、计算各目标特征参数的预测值：
[0020]目标机动控制量的预测值β
j
＝f
β
(t
j
)+k*σ
β
*rand，
[0021]阻力质量归一化气动参数的预测值K
KDj
＝f
KD
(t
j
)+k*σ
KD
*rand，
[0022]升力质量归一化气动参数的预测值K
KLj
＝f
KL
(t
j
)+k*σ
KL
*rand，
[0023]上式中的f
β
(t
i
)表示目标机动控制量的拟合函数，f
KD
(t
j
)表示阻力质量归一化气动参数K
Di
的拟合函数，f
KL
(t
j
)表示升力质量归一化气动参数K
Li
的拟合函数，k为误差管道置信度控制系数，σ
β
、σ
KD
、σ
KL
分别为β
i
、K
Di
、K
Li
拟合值的标准差，rand为均值为0、方差为1的正态分布随机数，j＝1,2,
…
,M，M为给定的目标轨迹数量；
[0024]S5
‑
2、基于目标特征参数的预测值进行数值求解生成预测轨迹，形成预测管道。
[0025]进一步的，步骤S3中，当地速度变化量的估计值当地航迹倾角变化量的估计值当地航迹偏角变化量的估计值基于目标的历史跟踪数据采用微分跟踪法计算。
[0026]进一步的，步骤S4中，采用最小二乘法对以目标特征参数进行拟合。
[0027]进一步的，步骤S5
‑
2中，采用龙格
‑
库塔法基于目标特征参数的预测值对目标轨迹进行数值求解，形成轨迹预测管道。
[0028]由以上技术方案可知，本专利技术将目标气动参数建模与建模误差概率统计相结合，针对非合作滑翔类目标再入飞行特点，将目标半再入动力学模型引入轨迹预测过程，通过统计气动参数估计误差，建立气动参数估计误差分布模型，利用误差分布的标准差与分布特点，生成预测轨迹边界，形成预测轨迹管道。本专利技术将目标机动参数模型与参数估计统计特性引入预测轨迹管道生成，所生成的轨迹预测管道可更准确反映目标轨迹运动特征；同时，通过控制采样过程中的误差分布标准差，可得到不同概率区域的轨迹预测管道，为目标运动区域预测提供了一种具有概率特征的滑翔类目标轨迹预测管道生成方法。
附图说明
[0029]图1为本专利技术方法的流程图；
[0030]图2a和图2b为目标不进行侧向机动时的轨迹预测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滑翔类目标的轨迹预测管道的生成方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取目标的历史跟踪数据，目标的历史跟踪数据包括目标地心距离、经度、纬度、当地速度、当地航迹倾角以及当地航迹偏角；S2、建立目标半再入动力学模型；目标半再入动力学模型为：式中的r
i
、θ
i
、v
i
、γ
i
、χ
i
分别表示在第i个跟踪时刻跟踪得到的目标地心距离、经度、纬度、当地速度、当地航迹倾角以及当地航迹偏角，i＝1,2,
…
,N，N为目标跟踪时刻数量，ρ为目标所在大气环境下的空气密度，β
i
为目标机动控制量，K
Di
为阻力质量归一化气动参数，K
Li
为升力质量归一化气动参数，g为当地重力加速度，分别表示目标地心距离变化量、经度变化量、纬度变化量、当地速度变化量、当地航迹倾角变化量以及当地航迹偏角变化量；S3、计算目标特征参数的估计值；目标特征参数包括目标机动控制量β
i
、阻力质量归一化气动参数K
Di
和升力质量归一化气动参数K
Li
，目标机动控制量的估计值阻力质量归一化气动参数的估计值和升力质量归一化气动参数的估计值分别通过以下公式计算：分别通过以下公式计算：分别通过以下公式计算：式中的为当地航迹偏角变化量的估计值，为当地速度变化量的估计值，为地航迹倾角变化量的估计值；S4、对目标特征参数进行拟合，计算目标特征参数估计值及估计值的标准差；对于目标特征参数中的每一个参数，将估计时刻和该估计时刻所对应的估计值构成数据对，对预测时长内的所有数据对进行拟合，得到拟合公式，3个目标特征参数分别得到3个拟合公式，根据每一个拟合公式，分别计算每一个目标特征参数的拟合值及拟合值的标准
差；S5、利用目标特征参数的拟合值以及标准差进行目标运动轨迹预测，生成轨迹预测管道，步骤如下：S5
‑
1、计算各目标特征参数的预测值：目标机动控制量的预测值β
j
＝f

【专利技术属性】
技术研发人员：邵雷，赵锦，雷虎民，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：