一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法。本发明专利技术通过定向天线对目标的实际测量角度及α

【技术实现步骤摘要】
一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法


[0001]本专利技术涉及飞机防撞
，具体涉及一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法。

技术介绍

[0002]机载防撞系统(即ACAS
‑
Airborne Collision Avoidance System，又称TCAS
‑
Traffic Alert and Collision Avoidance System)由美国联邦航空局(FAA)定义，目前军民航使用的一般为TCASII型防撞系统，可提供交通告警(TA)和决断告警(RA)。TCAS是防止空中飞机危险接近和相撞事故发生的必不可少的设备，可独立于地面交通管制系统的进行工作。主要用于为飞机提供空中安全分隔保证.系统采用二次雷达的方式探测附近空域的接近飞机，必要时，提醒飞行员采取规避措施与以其它飞机保持适当的安全间距，达到防碰撞的目的。通过近几年的飞行实践证明，该系统是防止飞机空中相撞的最后一道防线，也是目前最有效的手段之一，它克服了地面空中交通管制的局限性，能提供超出地面交通管制所能提供的飞行安全保证能力，对应付空中突发的危险接近，避免空中相撞有巨大的作用。
[0003]系统的ACAS收发主机是实现防撞功能的关键，其通过控制天线波束指向，对飞机前、后、左、右4个区域进行扫描询问，附近装有空管应答机(S模式/ATCRBS应答机)的飞机(以下称为目标机)会做出应答。ACAS收发主机根据收到的应答信号，获得目标机的高度、相对距离、方位等信息，并进而计算其高度变化率，相对距离变化率并结合本机的位置和运动信息，评估出目标机的威胁级别(OT：其它飞机，PT：接近飞机，TA：交通告警，RA：决断告警)，并将不同目标机以相应的图形方式进行显示。
[0004]在TCASII防撞系统中，受限于载机的安装位置及与其它系统电磁兼容性，机载防撞系统定向天线不能设计得太大，仅由四个垂直极化的单极子排列组成，通过4阵子同时接收、移相合成解算目标的方位，由于天线阵子少，机场附近空域航空器较多，空间电磁信号复杂，同步、异步、反射干扰信号叠加到应答信号均可造成目标方位解算出现偏差，造成在显示器上目标方位角出现漂移跳变情况，对飞行员的操纵判断造成干扰。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法解决了因干扰信号叠加到应答信号造成目标方位解算偏差，导致目标跟踪角度突然跳变的问题。
[0006]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法，包括以下步骤：
[0007]S1、通过天线方向图OBA查询表计算出目标应答信号的测向方位角B
meas
(t)，通过应答信号时间间隔计算出目标测量距离R
meas
(t)，按照笛卡尔α
‑
β滤波算法推导出t时刻X轴向的预测位置X
pre
(t)、Y轴向的预测位置Y
pre
(t)、X轴向的测量位置X
meas
(t)、Y轴向的测量位置Y
meas
(t)、X轴向的跟踪速度XD
est
(t)、Y轴向的跟踪速度YD
est
(t)、预测方位角B
pre
(t)及平
滑的方位角B
α
‑
β
(t)；
[0008]S2、根据跟踪目标航迹距离、高度、距离变化率及垂直速率，计算t时刻目标的预测距离R
pre
(t)、预测高度Z
pre
(t)及跟踪距离R
est
(t)；
[0009]S3、通过本机跟踪高度Z
own
(t)减去目标预测高度Z
pre
(t)获取目标的相对高度差diffZ；
[0010]S4、如果目标的预测距离R
pre
(t)小于|diffZ|，或目标相对本机俯仰角超过70
°
时，则令t时刻目标跟踪角度B
est
(t)＝B
α
‑
β
(t)，否则进入步骤S5；
[0011]S5、如果本次为外推航迹计算，则进入步骤S11，若本次为更新航迹计算，则进入步骤S6；
[0012]S6、如果目标预测方位角B
pre
(t)、平滑的方位角B
α
‑
β
(t)相对于t
‑
tp时刻的目标跟踪角度B
est
(t
‑
tp)均为同向转弯，计算目标方位转弯系数count，并进入步骤S7，否则进入步骤S8；
[0013]S7、如果count<0，则令count＝0，否则令count＝min(count++,3)，进入步骤S9；
[0014]S8、如果count>0，则令count＝
‑
1，否则令count＝max(count
‑‑
,
‑
3)，进入步骤S9；
[0015]S9、计算目标相对速度矢量相对于本机正前方的偏移夹角δ；
[0016]S10、根据偏移夹角δ获取目标的最大相对接近速度V
max_rate
；
[0017]S11、计算目标在tp时间段内最大允许飞行角度B
max_rate
(t)；
[0018]S12、如果本机导航数据正常，计算本机在tp时间段内转弯角度diffHead
own
(t)及转弯方向，并进入步骤S13，否则进入步骤S14；
[0019]S13、如果目标转弯方向同本机转弯方向，则目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)＝B
max_rate
(t)
‑
ε
×
diffHead
own
(t)，ε为本机转弯因子，进入步骤S15，否则目标与本机为反向转弯，目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)＝B
max_rate
(t)+ε
×
diffHead
own
(t)，进入步骤S15；
[0020]S14、目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)＝B
max_rate
(t)+θ
×
tp，θ为本机默认转弯速度；
[0021]S15、计算tp时间段内B
α
‑
β
(t)相对于B
est
(t
‑
tp)转弯的角度diffB，进入步骤S16；
[0022]S16、如果转弯的角度diffB超过目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过天线方向图OBA查询表计算出目标应答信号的测向方位角B
meas
(t)，通过应答信号时间间隔计算出目标测量距离R
meas
(t)，按照笛卡尔α
‑
β滤波算法推导出t时刻X轴向的预测位置X
pre
(t)、Y轴向的预测位置Y
pre
(t)、X轴向的测量位置X
meas
(t)、Y轴向的测量位置Y
meas
(t)、X轴向的跟踪速度XD
est
(t)、Y轴向的跟踪速度YD
est
(t)、预测方位角B
pre
(t)及平滑的方位角B
α
‑
β
(t)；S2、根据跟踪目标航迹距离、高度、距离变化率及垂直速率，计算t时刻目标的预测距离R
pre
(t)、预测高度Z
pre
(t)及跟踪距离R
est
(t)；S3、通过本机跟踪高度Z
own
(t)减去目标预测高度Z
pre
(t)获取目标的相对高度差diffZ；S4、如果目标的预测距离R
pre
(t)小于diffZ，或目标相对本机俯仰角超过70
°
时，则令t时刻目标跟踪角度B
est
(t)＝B
α
‑
β
(t)，否则进入步骤S5；S5、如果本次为外推航迹计算，则进入步骤S11，若本次为更新航迹计算，则进入步骤S6；S6、如果目标预测方位角B
pre
(t)、平滑的方位角B
α
‑
β
(t)相对于t
‑
tp时刻的目标跟踪角度B
est
(t
‑
tp)均为同向转弯，计算目标方位转弯系数count，并进入步骤S7，否则进入步骤S8；S7、如果count<0，则令count＝0，否则令count＝min(count++,3)，进入步骤S9；S8、如果count>0，则令count＝
‑
1，否则令count＝max(count
‑‑
,
‑
3)，进入步骤S9；S9、计算目标相对速度矢量相对于本机正前方的偏移夹角δ；S10、根据偏移夹角δ获取目标的最大相对接近速度V
max_rate
；S11、计算目标在tp时间段内最大允许飞行角度B
max_rate
(t)；S12、如果本机导航数据正常，计算本机在tp时间段内转弯角度diffHead
own
(t)及转弯方向，并进入步骤S13，否则进入步骤S14；S13、如果目标转弯方向同本机转弯方向，则目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)＝B
max_rate
(t)
‑
ε
×
diffHead
own
(t)，ε为本机转弯因子，进入步骤S15，否则目标与本机为反向转弯，目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)＝B
max_rate
(t)+ε
×
diffHead
own
(t)，进入步骤S15；S14、目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)＝B
max_rate
(t)+θ
×
tp，θ为本机默认转弯速度，进入步骤S15；S15、计算tp时间段内B
α
‑
β
(t)相对于B
est
(t
‑
tp)转弯的角度diffB，进入步骤S16；S16、如果转弯的角度diffB超过目标跟踪角度最大允许变化方位B
max_est
(t)，则目标跟踪角度B
est
(t)＝B
est
(t
‑
tp)+B
max_est
(t)，否则目标跟踪角度使用α
‑
β滤波角度，即B
est
(t)＝B
α
‑
β
(t)。2.根据权利要求1所述的基于多维运动特征的目标方位跟踪滤波方法，其特征在于，所述X轴向的预测位置X
pre
(t)、Y轴向的预测位置Y
pre
(t)、X轴向的测量位置X
meas
(t)、Y轴向的测量位置Y
meas
(t)、X轴向的跟踪速度XD
est
(t)、Y轴向的跟踪速度YD
est
(t)、预测方位角B
pre
(t)及平滑的方位角B
α
‑
β
(t)的计算公式为：X
pre
(t)＝R
est
(t
‑
tp)
×
sin(B
est
(t
‑
tp))+XD
est
(t
‑
tp)
×
tpY
pre
(t)＝R
est
(t
‑
tp)
×
cos(B
est
(t
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：付红，段其林，陈锡莲，王建军，
申请(专利权)人：四川九洲空管科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：