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地基雷达对临近空间低动态目标定位跟踪算法研究

吕宝红  
【摘要】:临近空间将为未来战争开辟一个新战场,特别是临近空间飞行器的发展和应用将对未来整个作战体系和作战思维产生重大而深远的影响,因此加强对临近空间飞行器的定位跟踪系统研究具有重要的理论意义和应用价值。无源定位技术具有隐蔽性好、作用距离远、生存能力和反隐身能力极强等优点,为此在军事对抗中发挥着日益广泛的作用,其应用涉及航海、航空、航天和电子战等多个领域。本文将无源定位技术用于对临近空间低动态目标的定位跟踪问题,本文的主要工作如下: (1)阐述了地基雷达对临近空间低动态目标定位跟踪的研究背景及意义,总结了临近空间飞行器的国内外研究现状,介绍了多站无源定位的基础知识。 (2)研究了基于四站无源时差定位算法的临近空间固定目标定位原理、参数设计等问题,并通过仿真验证了基线长度、目标高度、站址误差、时差测量误差和站间高度等因素对定位精度的影响,比较和分析了星型、倒三角形、菱形和正方形等四种不同布站方式的定位性能。 (3)针对采用单一模型对机动飞行的临近空间低动态目标定位跟踪性能较差问题,提出了TDOA-CVCS算法,该算法结合四站无源时差定位和星型布站,采用匀速运动(CV)模型和“当前”统计(CS)模型构建模型集,对上一时刻的状态估计值进行输入交互,得到滤波器新的初始值,然后采用扩展卡尔曼滤波算法进行滤波和预测,得到各模型对应输出的目标状态估计值及协方差估计值,最后更新模型概率,融合各滤波器输出得到最终的目标状态估计值和协方差估计值。仿真实验表明,TDOA-CVCS算法既可以保持“当前”统计模型对机动目标的响应速度快、跟踪精度高等优点,又可以提高对非机动目标的跟踪性能,且具有较低计算复杂度。 (4)针对临近空间低动态目标进行圆周运动问题,提出了TDOA-CVCSCT算法。该算法在TDOA-CVCS算法模型集的基础上增加了协同转弯(CT)模型,改进了圆周运动角速度的计算方法。仿真实验表明,TDOA-CVCSCT算法能有效降低TDOA-CVCS算法在跟踪匀速圆周运动时的误差,对匀速圆周运动等复杂机动目标跟踪精度较高。


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