一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，它涉及窄波束、高動態(tài)目標(biāo)信號角跟蹤技術(shù)。它通過天線和路與差路信號提取角誤差等信息，獲得目標(biāo)狀態(tài)觀測量，根據(jù)新息(觀測量與狀態(tài)預(yù)測量之間的差)的變化進行目標(biāo)機動特性的辨識，按照一定準(zhǔn)則調(diào)整濾波器本身的增益，最后得到目標(biāo)位置的狀態(tài)估計，完成角跟蹤功能。該技術(shù)既達到了窄波束的實時穩(wěn)定跟蹤要求，又保證了在高動態(tài)下的跟蹤精度。
【專利說明】一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及饋源窄波束角跟蹤技術(shù)，特別適用于窄波束高速機動目標(biāo)的穩(wěn)定精確 角跟蹤。

【背景技術(shù)】
[0002] 在測控系統(tǒng)中，為了減小等離子鞘套對射頻信號的衰減和提高信道帶寬，工作頻 段擴展到更高頻段，而此頻段高增益天線的波束寬度很窄。傳統(tǒng)的角跟蹤思路是接收天線 的和路與差路信號，進行角誤差提取，靈敏度校正后控制天線進行精密跟蹤。對于高動態(tài)目 標(biāo)，由于具有較高的速度和加速度，采用傳統(tǒng)的角跟蹤方法，精度較差，跟蹤滯后，容易超出 窄波束的范圍，造成較大角誤差波動，甚至丟失目標(biāo)。
[0003] 傳統(tǒng)的角跟蹤方法很難滿足當(dāng)前系統(tǒng)的設(shè)計需要，因此必須探索新的窄波束高動 態(tài)下的角跟蹤方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于避免上述【背景技術(shù)】中的不足之處而提供一種高 速機動目標(biāo)的饋源窄波束的角跟蹤方法，可以滿足測控系統(tǒng)精確角跟蹤的需求。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，包括以 下步驟：
[0006] ①角誤差提取單元同時接收經(jīng)過AD采樣后的和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)，并根據(jù) 和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)計算出目標(biāo)位置的方位角誤差值以及目標(biāo)位置的俯仰角誤差 值；
[0007] ②量測單元接收角誤差提取單元輸出的目標(biāo)位置的方位角誤差值與目標(biāo)位置的 俯仰角誤差值，并根據(jù)目標(biāo)位置的方位角誤差值、目標(biāo)位置的俯仰角誤差值以及天線伺服 系統(tǒng)發(fā)送過來的目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)，計算得到目標(biāo)位置觀測向量；目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)為目 標(biāo)當(dāng)前方位角度值與俯仰角度值；
[0008] ③新息計算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置觀測向量以及濾波單元輸出的上一次目標(biāo) 位置向量的估計值，計算得到目標(biāo)的新息和目標(biāo)位置向量的預(yù)測值，將目標(biāo)的新息發(fā)送給 濾波單元，將目標(biāo)位置向量的預(yù)測值發(fā)送給協(xié)方差矩陣計算單元；首次計算，濾波單元輸出 的上一次目標(biāo)位置向量的估計值為設(shè)定的初值；
[0009] ④協(xié)方差矩陣計算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置向量的預(yù)測值，計算協(xié)方差矩陣；
[0010] ⑤增益確定單元根據(jù)輸入的協(xié)方差矩陣變化調(diào)整濾波增益值；
[0011] ⑥濾波單元根據(jù)濾波算法、輸入的濾波增益以及目標(biāo)的新息值得到目標(biāo)位置向量 的估計值，該目標(biāo)位置向量的估計值一路發(fā)送給天線伺服系統(tǒng)，另一路輸出給新息計算單 元；
[0012] 完成基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤過程。
[0013] 所述的一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，步驟③中設(shè)定的初值為1。
[0014] 本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有如下優(yōu)點：
[0015] 本發(fā)明采用卡爾曼濾波技術(shù)，根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前狀態(tài)，得到目標(biāo)的位置、速度、加速度 等狀態(tài)估計和預(yù)測量，保證了在窄波束以及高動態(tài)下的目標(biāo)跟蹤穩(wěn)定度，提高了跟蹤精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實施例的電原理工作流程方框圖。

【具體實施方式】
[0017] 參照圖1，圖1是本發(fā)明實施例的電原理工作流程方框圖，它包括：角誤差提取1、 量測2、新息計算3、協(xié)方差矩陣計算4、增益確定5、濾波6,實施例按圖1連接線路。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，其特征在于包括 步驟：
[0019] ①角誤差提取單元同時接收經(jīng)過AD采樣后的和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)，并根據(jù) 和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)計算出目標(biāo)位置的方位角誤差值以及目標(biāo)位置的俯仰角誤差 值；
[0020] 實施例中，角誤差提取單元接收AD采樣的和波束與差波束數(shù)據(jù)，計算出目標(biāo)的方 位角誤差值ΛΑ、俯仰角誤差值ΛE。
[0021] ②量測單元接收角誤差提取單元輸出的目標(biāo)位置的方位角誤差值與目標(biāo)位置的 俯仰角誤差值，并根據(jù)目標(biāo)位置的方位角誤差值、目標(biāo)位置的俯仰角誤差值以及天線伺服 系統(tǒng)發(fā)送過來的目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)，計算得到目標(biāo)位置觀測向量；目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)為目 標(biāo)當(dāng)前方位角度值與俯仰角度值；
[0022] 實施例中，量測單元根據(jù)目標(biāo)當(dāng)前方位角度值Α、俯仰角度值Ε及方位角誤差值 ΛΑ、俯仰角誤差值ΛΕ，得到目標(biāo)狀態(tài)觀測方位角度值Α'、俯仰角度值Ε'，其中Α'= Α+ΛΑ， Ε' =Ε+ΛΕ。將陣面極坐標(biāo)（Α'，Ε')轉(zhuǎn)換為陣面直角坐標(biāo)（x， y)，得到目標(biāo)位 置觀測向量Zk = [x，y]T，其中上標(biāo)"T"表示向量轉(zhuǎn)置，目標(biāo)位置觀測向量坐標(biāo)X = cos A' cos E/ ,y = sin λ1 cos Ε' 〇
[0023] ③新息計算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置觀測向量以及濾波單元輸
[0024] 出的上一次目標(biāo)位置向量的估計值，計算得到目標(biāo)的新息和目標(biāo)位置向量的預(yù)測 值，將目標(biāo)的新息發(fā)送給濾波單元，將目標(biāo)位置向量的預(yù)測值發(fā)送給協(xié)方差矩陣計算單元； 首次計算，濾波單元輸出的上一次目標(biāo)位置向量的估計值為設(shè)定的初值；
[0025] 實施例中，由目標(biāo)位置觀測向量Zk以及濾波單元輸出的上次目標(biāo)位置向量估 計值Xh，得到新息4 = A - i/尤4，其中目標(biāo)位置向量預(yù)測值尤，測量矩陣 Φ為系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，其特征在于包括以下步驟： ① 角誤差提取單元同時接收經(jīng)過AD采樣后的和波束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)，并根據(jù)和波 束數(shù)據(jù)與差波束數(shù)據(jù)計算出目標(biāo)位置的方位角誤差值以及目標(biāo)位置的俯仰角誤差值； ② 量測單元接收角誤差提取單元輸出的目標(biāo)位置的方位角誤差值與目標(biāo)位置的俯仰 角誤差值，并根據(jù)目標(biāo)位置的方位角誤差值、目標(biāo)位置的俯仰角誤差值以及天線伺服系統(tǒng) 發(fā)送過來的目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)，計算得到目標(biāo)位置觀測向量；目標(biāo)當(dāng)前位置狀態(tài)為目標(biāo)當(dāng) 前方位角度值與俯仰角度值； ③ 新息計算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置觀測向量以及濾波單元輸出的上一次目標(biāo)位置 向量的估計值，計算得到目標(biāo)的新息和目標(biāo)位置向量的預(yù)測值，將目標(biāo)的新息發(fā)送給濾波 單元，將目標(biāo)位置向量的預(yù)測值發(fā)送給協(xié)方差矩陣計算單元；首次計算，濾波單元輸出的上 一次目標(biāo)位置向量的估計值為設(shè)定的初值； ④ 協(xié)方差矩陣計算單元根據(jù)輸入的目標(biāo)位置向量的預(yù)測值，計算協(xié)方差矩陣； ⑤ 增益確定單元根據(jù)輸入的協(xié)方差矩陣變化調(diào)整濾波增益值； ⑥ 濾波單元根據(jù)濾波算法、輸入的濾波增益以及目標(biāo)的新息值得到目標(biāo)位置向量的估 計值，該目標(biāo)位置向量的估計值一路發(fā)送給天線伺服系統(tǒng)，另一路輸出給新息計算單元； 完成基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤過程。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于卡爾曼濾波的窄波束角跟蹤方法，其特征在于：步 驟③中設(shè)定的初值為1。
【文檔編號】G05D3/12GK104142693SQ201410385219
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】田之俊, 吳海洲, 成亞勇, 孫大元 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所