面向三维目标跟踪的状态转换卡尔曼滤波方法 被引量：5

1

作者 刘增力 张文 +3 位作者 曹奇宏 赵宣植 刘康 曾赛 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3998-4010,共13页

雷达及声呐系统采集的三维球坐标量测与运动目标的笛卡尔坐标状态呈非线性,导致跟踪精度受限,而具有强非线性的多普勒量测更难以高效利用。针对上述问题,构造由距离、俯仰角、方位角及其微分组成的状态向量,使测量方程线性化;在距离、... 雷达及声呐系统采集的三维球坐标量测与运动目标的笛卡尔坐标状态呈非线性,导致跟踪精度受限,而具有强非线性的多普勒量测更难以高效利用。针对上述问题,构造由距离、俯仰角、方位角及其微分组成的状态向量,使测量方程线性化;在距离、俯仰角构成二维时变极坐标系中对常微分动力学方程离散化,再基于投影关系引入方位角,建立球坐标系中的典型三维常速度和常加速度运动模型;结合标准卡尔曼滤波在线性高斯框架下,实现跟踪以避免非线性误差。通过仿真验证了在包括多普勒雷达等若干三维跟踪场景下提出方法的有效性与性能优势。 展开更多

关键词 多普勒雷达 三维目标跟踪 非线性滤波 状态转换卡尔曼滤波

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基于转换坐标卡尔曼滤波算法的目标跟踪 被引量：3

2

作者 陈海 胡建旺 《兵工自动化》 2007年第12期61-63,共3页

在三维空间中推导转换坐标卡尔曼滤波算法。先设一传感器位于坐标原点,导出目标测量方程及三维传感器测量误差方差。再假设目标相对于传感器的斜距、俯仰角及方位角在一定位置,根据公式求得三者关系,然后将传感器对目标的测量值转换到... 在三维空间中推导转换坐标卡尔曼滤波算法。先设一传感器位于坐标原点,导出目标测量方程及三维传感器测量误差方差。再假设目标相对于传感器的斜距、俯仰角及方位角在一定位置,根据公式求得三者关系,然后将传感器对目标的测量值转换到直角坐标系,得到传感器的斜距误差、俯仰角误差和方位角误差均相互独立,均值为零。最后经转换,得到测量和真实值间的误差。仿真表明,该算法收敛迅速,精度较高,具有良好的跟踪性能。 展开更多

关键词 转换卡尔曼滤波 转换测量值 目标跟踪 匀加速

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转换测量卡尔曼滤波算法在导弹起爆控制技术中的应用研究 被引量：9

3

作者 刘剑锋 庄志洪 刘中 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第9期1388-1392,共5页

利用导引头测量信息构建最佳起爆控制算法以实现最佳起爆是导弹战斗部起爆控制技术的一个重要方向。最佳起爆算法包括剩余飞行时间、脱靶量及脱靶方位的估计。为提高估计精度和满足实际应用要求,对导引头测量信息进行滤波至关重要。该... 利用导引头测量信息构建最佳起爆控制算法以实现最佳起爆是导弹战斗部起爆控制技术的一个重要方向。最佳起爆算法包括剩余飞行时间、脱靶量及脱靶方位的估计。为提高估计精度和满足实际应用要求,对导引头测量信息进行滤波至关重要。该文研究了转换测量卡尔曼滤波算法在起爆控制参数估计中的应用,该算法将球坐标系中导弹导引头的测量信息转换到直角坐标系下进行滤波,同时消除了由于坐标转换而引起的偏差。仿真结果表明,该算法的应用有效地提高了起爆控制参数的估计精度。 展开更多

关键词 引信 起爆控制算法 转换测量卡尔曼滤波算法

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集合变换卡尔曼滤波数据同化方法中的协方差局地化 被引量：1

4

作者 王际朝 王玥 +3 位作者 臧绍东 杨俊钢 纪艳菊 阮宗利 《海洋科学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期34-43,共10页

在集合数据同化中,协方差局地化(covariance localization,CL)方法的使用存在限制。集合转换卡尔曼滤波(ensemble transform Kalman filter,ETKF)作为集合平方根滤波的变种方法,是一种应用较广、计算高效的数据同化方法。本文分析了CL... 在集合数据同化中,协方差局地化(covariance localization,CL)方法的使用存在限制。集合转换卡尔曼滤波(ensemble transform Kalman filter,ETKF)作为集合平方根滤波的变种方法,是一种应用较广、计算高效的数据同化方法。本文分析了CL方法应用于ETKF方法的困难,从而改进CL方法使其可以适用于ETKF方法。另外,结合浅水方程,利用Askey函数作为多元局地化函数,提出了一种适用于多元数值模型的CL方法。通过具体实验验证,得到了较好的分析结果。 展开更多

关键词 协方差局地化 集合转换卡尔曼滤波 多元局地化函数

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基于转换量测重构的组网雷达融合方法

5

作者 盛琥 汪海兵 王杰 《现代雷达》 北大核心 2025年第2期52-57,共6页

多雷达组网探测是应对隐身和低空突防的有效措施。转换量测卡尔曼滤波(CMKF)由于实现简单、计算量小,广泛使用在组网雷达融合跟踪中。CMKF的转换量测是目标状态的伪线性表达,含有较强的非线性成分,特别是在大测角误差情况下,会引发融合... 多雷达组网探测是应对隐身和低空突防的有效措施。转换量测卡尔曼滤波(CMKF)由于实现简单、计算量小,广泛使用在组网雷达融合跟踪中。CMKF的转换量测是目标状态的伪线性表达,含有较强的非线性成分,特别是在大测角误差情况下,会引发融合精度下降问题。为了抑制非线性误差影响,通过对经典转换量测模型的误差影响做理论分析,指出方位误差的余弦是导致非线性误差的主要因素;基于此论断,引入方位预测,重构出了更为精准的转换量测模型,通过在滤波过程中自适应修正方位观测,有效地抑制了方位误差余弦的非线性影响。理论分析和仿真结果证明:改进CMKF应用于组网系统后,非线性误差明显减小,融合精度显著提高。 展开更多

关键词 雷达组网 目标跟踪 非线性滤波 转换量测卡尔曼滤波 方位观测重构

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基于二阶转换测量Kalman滤波的目标跟踪算法(英文) 被引量：1

6

作者 陈浩 谭久彬 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期6-11,共6页

为了减小传统跟踪滤波算法线性化误差,提高光电跟踪系统的跟踪速度和跟踪精度,本文在三维空间中,提出了二阶去偏转换测量卡尔曼滤波算法。该算法利用二阶泰勒展开的方法,推导出了光电跟踪系统观测方程的转换测量值误差的均值和协方差矩... 为了减小传统跟踪滤波算法线性化误差,提高光电跟踪系统的跟踪速度和跟踪精度,本文在三维空间中,提出了二阶去偏转换测量卡尔曼滤波算法。该算法利用二阶泰勒展开的方法,推导出了光电跟踪系统观测方程的转换测量值误差的均值和协方差矩阵表达式,并对测量误差进行去偏差补偿处理,再经过转换测量卡尔曼滤波,可显著减小传统滤波算法的线性化误差。仿真结果表明,二阶去偏转换测量卡尔曼滤波(SCMKF)算法的跟踪精度优于非去偏转换测量卡尔曼滤波(CMKF)和扩展卡尔曼滤波(EKF),以及unscented卡尔曼滤波(UKF)算法,并且具有更快的收敛速度,和采用统计方法的去偏转换测量卡尔曼滤波(DCMKF)的跟踪精度相当,但计算简单,提高了跟踪速度。 展开更多

关键词 目标跟踪 二阶转换测量卡尔曼滤波 非线性滤波

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一种基于鲁棒集合滤波的资料同化方法 被引量：1

7

作者 摆玉龙 张转花 +1 位作者 尤元红 刘颖娟 《高原气象》 CSCD 北大核心 2017年第4期1052-1059,共8页

在集合卡尔曼滤波方法中,根据预报集合的统计特性提供的预报误差协方差矩阵对资料同化起决定性作用。但协方差矩阵低估会引起资料同化滤波发散问题。通过将集合转换卡尔曼滤波方法和时间局地化的H_∞滤波方法相结合,提出一种基于鲁棒集... 在集合卡尔曼滤波方法中,根据预报集合的统计特性提供的预报误差协方差矩阵对资料同化起决定性作用。但协方差矩阵低估会引起资料同化滤波发散问题。通过将集合转换卡尔曼滤波方法和时间局地化的H_∞滤波方法相结合,提出一种基于鲁棒集合滤波思想的资料同化方法,放大转移矩阵的特征值,改善估计效果。主要思路是在集合滤波的框架下,按照鲁棒滤波的最小最大准则,实现同化系统性能的改进。利用非线性Lorenz-96混沌系统,考察集合时间局地化的H_∞滤波在系统参数变化时,对同化系统鲁棒性的影响。结果表明:集合时间局地化的H_∞滤波对系统参数变化具有很好的鲁棒性;与传统的滤波方法相比,鲁棒滤波方法提高了同化的效果。 展开更多

关键词 集合转换卡尔曼滤波 时间局地化的H∞滤波 Lorenz-96混沌系统 鲁棒性

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一种用于光电目标跟踪的非线性滤波算法 被引量：17

8

作者 陈浩 谭久彬 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期917-921,共5页

基于传统转换测量卡尔曼滤波算法,提出了一种二阶去偏转化测量卡尔曼滤波算法。该算法对转换测量方程进行二阶泰勒展开,得到转换测量值误差的均值和方差表达式,并对转换测量方程进行去偏差补偿,再经转换测量卡尔曼滤波,从而显著减小传... 基于传统转换测量卡尔曼滤波算法,提出了一种二阶去偏转化测量卡尔曼滤波算法。该算法对转换测量方程进行二阶泰勒展开,得到转换测量值误差的均值和方差表达式,并对转换测量方程进行去偏差补偿,再经转换测量卡尔曼滤波,从而显著减小传统滤波算法的线性化误差,提高远距离目标的跟踪精度。仿真结果表明:二阶去偏转换测量卡尔曼滤波(SCMKF)算法跟踪精度明显优于传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法和转换测量卡尔曼滤波(CMKF)算法,收敛速度比EKF算法至少可提高1倍。 展开更多

关键词 目标跟踪 二阶去偏转换测量卡尔曼滤波(SCMKF) 转换测量卡尔曼滤波(CMKF) 非线性滤波

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球坐标系下多普勒雷达目标跟踪滤波器 被引量：2

9

作者 段战胜 韩崇昭 陶唐飞 《信号处理》 CSCD 北大核心 2005年第4期355-358,共4页

将仅仅考虑位置量测的三维去偏一致转换量测卡尔曼滤波算法进行推广,以解决包含多普勒量测且斜距和多普勒的量测误差相关的雷达目标跟踪问题。首先利用斜距和多普勒量测的乘积构造伪量测,以减小多普勒量测和目标运动状态之间的强非线性... 将仅仅考虑位置量测的三维去偏一致转换量测卡尔曼滤波算法进行推广,以解决包含多普勒量测且斜距和多普勒的量测误差相关的雷达目标跟踪问题。首先利用斜距和多普勒量测的乘积构造伪量测,以减小多普勒量测和目标运动状态之间的强非线性程度;然后利用嵌套条件方法得到了转换量测误差前两阶矩的一致性估计;最后根据转换量测是目标运动状态二次函数的特性,用二阶EKF最优地实现了非线性跟踪滤波。Monte-Carlo仿真结果表明采用新算法可以明显改善跟踪滤波器的性能。 展开更多

关键词 多普勒量测 雷达目标跟踪 去偏一致转换量测卡尔曼滤波 二阶扩展卡尔曼滤波 跟踪滤波器 雷达目标 多普勒 球坐标系 量测误差 卡尔曼滤波算法

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弹道目标跟踪滤波方法研究 被引量：7

10

作者 孙照强 魏巍 +1 位作者 王志贵 陈燕 《现代防御技术》 北大核心 2022年第1期67-73,共7页

主要对弹道目标的跟踪滤波方法进行了综述,对扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)、转换测量卡尔曼滤波(conversion measurement Kalman filter,CMKF)、基于弹道运动方程的扩展卡尔曼滤波(ballistic extended Kalman filter,BE... 主要对弹道目标的跟踪滤波方法进行了综述,对扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)、转换测量卡尔曼滤波(conversion measurement Kalman filter,CMKF)、基于弹道运动方程的扩展卡尔曼滤波(ballistic extended Kalman filter,BEKF)、基于弹道运动方程的无敏卡尔曼滤波(ballis⁃tic unscented Kalman filter,BUKF)4种滤波算法的关键点、优缺点进行了剖析。进一步利用仿真的弹道数据对4种滤波方法的效能进行了验证,对比了不同滤波器的滤波精度和再入目标的跟踪性能,分析了质阻比对滤波性能的影响,提出了选择和设计目标跟踪滤波方法时需要考虑的几个问题,为雷达滤波方法的选择和设计提供参考和依据。 展开更多

关键词 弹道目标 跟踪 扩展卡尔曼滤波 转换测量卡尔曼滤波 无敏卡尔曼滤波 滤波器设计

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基于非线性滤波的交互式多模型算法 被引量：1

11

作者 吴明洋 杨永胜 《现代电子技术》 2012年第21期35-37,共3页

为了使交互式多模型算法更好的应用于非线性系统,将转换测量卡尔曼滤波引进到交互式多模型算法中,通过建立IMMCVCACT模型进行仿真,仿真结果表明,相对于单模型结构,引入转换测量卡尔曼滤波算法明显提高了跟踪精度。

关键词 非线性系统 转换测量卡尔曼滤波 交互式多模型 跟踪精度

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多物理ETKF在暴雨集合预报中的初步应用 被引量：11

12

作者 黄红艳 齐琳琳 +2 位作者 刘健文 黄江平 李崇银 《大气科学》 CSCD 北大核心 2016年第4期657-668,共12页

基于集合转换卡尔曼滤波(ETKF)的初值扰动方法是目前集合预报领域热点方法之一,但应用在短期集合预报中仍存在离散度不够、误差较大等问题。考虑到在区域短期集合预报中,模式不确定性和边界不确定性的影响不能忽略,本文尝试在ETKF生成... 基于集合转换卡尔曼滤波(ETKF)的初值扰动方法是目前集合预报领域热点方法之一,但应用在短期集合预报中仍存在离散度不够、误差较大等问题。考虑到在区域短期集合预报中,模式不确定性和边界不确定性的影响不能忽略,本文尝试在ETKF生成分析扰动的过程中,同时考虑初值不确定性、物理不确定性与边界不确定性,进而构建多初值、多物理、多边界ETKF集合,并以2010年9月30日到10月8日海南岛特大暴雨作为研究个例,对其在暴雨集合预报中的应用展开初步研究,重点分析多种物理参数化过程对预报结果的影响。结果表明,多物理过程的ETKF(多物理ETKF)和单物理过程的ETKF(单一ETKF)均优于对照预报,多物理ETKF优势更加明显,其均方根误差、离散度等指标均得到很好的改善;对于降水采用SAL方法进行检验,发现多物理ETKF对于降水位置的预报有明显的改善,对于特大暴雨的强度预报也略有改善。研究表明,在ETKF初值扰动中加入多种物理过程,可以有效改善短期集合的离散度,提高预报准确率,有良好的发展前景和应用潜力。 展开更多

关键词 集合转换卡尔曼滤波(ETKF)集合预报 物理不确定 暴雨预报

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角闪烁背景下基于IMM算法的末制导雷达目标跟踪 被引量：3

13

作者 徐长爱 李尚生 +1 位作者 殷勇 刘军 《电光与控制》 北大核心 2009年第1期67-70,74,共5页

为了抑制末制导雷达目标跟踪过程中的角闪烁噪声,对闪烁噪声的统计特性进行了分析,建立了符合其分布的统计模型及系统的状态空间模型,用交互多模型算法解决了角闪烁背景下的目标跟踪问题;并根据该问题的特点,对IMM算法进行了简化。仿真... 为了抑制末制导雷达目标跟踪过程中的角闪烁噪声,对闪烁噪声的统计特性进行了分析,建立了符合其分布的统计模型及系统的状态空间模型,用交互多模型算法解决了角闪烁背景下的目标跟踪问题;并根据该问题的特点,对IMM算法进行了简化。仿真结果表明,用交互多模型方法抑制角闪烁噪声是非常有效的,基于转换卡尔曼滤波的IMM算法比基于扩展卡尔曼滤波的IMM算法具有更高的跟踪精度;简化的IMM算法虽然在跟踪精度上不如基本的IMM,但仍然达到了很好的滤波效果,而且大大降低了计算的复杂程度,是一种更符合工程实际的抑制角闪烁噪声的方法。 展开更多

关键词 目标跟踪 角闪烁 交互多模型 转换卡尔曼滤波 扩展卡尔曼滤波

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风暴尺度集合预报中的混合初始扰动方法及其在北京2012年“7.21”暴雨预报中的应用 被引量：19

14

作者 庄潇然 闵锦忠 +2 位作者 王世璋 周凯 蔡沅辰 《大气科学》 CSCD 北大核心 2017年第1期30-42,共13页

风暴尺度集合预报系统(Storm-Scale Ensemble Forecast system,简称SSEFs)中集合成员之间发散度不足一直都是研究的难点。本文尝试了将Barnes空间滤波融入到集合转换卡尔曼滤波(ETKF)更新预报系统中的混合初值扰动法。该方案将ETKF方法... 风暴尺度集合预报系统(Storm-Scale Ensemble Forecast system,简称SSEFs)中集合成员之间发散度不足一直都是研究的难点。本文尝试了将Barnes空间滤波融入到集合转换卡尔曼滤波(ETKF)更新预报系统中的混合初值扰动法。该方案将ETKF方法的小尺度信息与来自于侧边界条件扰动的大尺度信息相结合,缓解了扰动在侧边界不匹配的问题。通过2012年北京"7.21"暴雨并使用邻位方法对比分析了不同初值扰动方案在不同时间尺度与空间尺度上的特征,在此基础上进一步探讨了构造混合初始扰动法的可行性。结果表明:ETKF试验所构造的初始扰动无法与侧边界条件扰动相匹配,混合后的初始扰动可以有效缓解SSEFs中由于初始扰动与侧边界扰动不匹配产生的虚假波动,其中大尺度信息保留较多的混合试验(ETKF80)和动力降尺度方案(Down)在减少虚假波动方面的效果最优;从集合离散度来看,在前期暖区降水阶段ETKF的离散度在小尺度上最大,随着锋面降水的开始,Down的离散度逐渐超过ETKF,而使用各滤波波段构造的混合试验同时具备ETKF与Down二者的特征。选择合理的滤波波段可以获得最为合理的离散度表现(ETKF180),说明仅考虑侧边界匹配(Down和ETKF80)并不能获得最合理的集合离散度,应综合考虑其他因素。从降水概率预报结果来看,选取合适的滤波波段所构造的混合扰动试验同样获得了较好的效果。 展开更多

关键词 风暴尺度集合预报系统 集合转换卡尔曼滤波 混合初始扰动 离散度 概率预报

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移动威胁情况下的无人机路径规划 被引量：16

15

作者 任佳 高晓光 张艳 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期641-647,共7页

针对路径规划中存在快速移动威胁,提出基于威胁状态预测的模型预测控制(MPC)算法,进行无人机动态路径规划.采用转换量测卡尔曼滤波算法预测移动威胁的状态,弥补MPC算法无法有效预测快速移动威胁的不足.根据移动威胁的预测状态,评估无人... 针对路径规划中存在快速移动威胁,提出基于威胁状态预测的模型预测控制(MPC)算法,进行无人机动态路径规划.采用转换量测卡尔曼滤波算法预测移动威胁的状态,弥补MPC算法无法有效预测快速移动威胁的不足.根据移动威胁的预测状态,评估无人机的威胁代价,与路径长度等约束共同构建目标函数,通过滚动优化目标函数,得到一系列在线控制量,完成路径规划.仿真结果表明该方法可以有效躲避移动威胁,进行实时路径规划. 展开更多

关键词 无人机 路径规划 模型预测控制 转换量测卡尔曼滤波

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多站无源定位系统中的机动目标跟踪算法 被引量：11

16

作者 陈玲 陈德煌 《电讯技术》 北大核心 2010年第11期10-14,共5页

针对多站测向无源定位系统提出了一种杂波环境下机动目标的被动跟踪算法——CM-IMMPDF算法。该算法首先用转换测量的卡尔曼滤波(CMKF)替代了传统的扩展卡尔曼滤波,克服了后者精度不高易发散的缺点,并将其结合交互多模型(IMM)算法及概率... 针对多站测向无源定位系统提出了一种杂波环境下机动目标的被动跟踪算法——CM-IMMPDF算法。该算法首先用转换测量的卡尔曼滤波(CMKF)替代了传统的扩展卡尔曼滤波,克服了后者精度不高易发散的缺点,并将其结合交互多模型(IMM)算法及概率数据关联(PDF)算法,有效地完成了多站无源定位系统对杂波环境下机动目标的跟踪。仿真结果证明了该算法的有效性。 展开更多

关键词 无源定位系统 机动目标跟踪 转换测量卡尔曼滤波 交互多模型算法 概率数据关联算法

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极坐标系中带多普勒量测的雷达目标跟踪 被引量：12

17

作者 段战胜 韩崇昭 《系统仿真学报》 CAS CSCD 2004年第12期2860-2863,共4页

将仅仅考虑位置量测的二维去偏一致转换量测卡尔曼滤波算法进行推广,以解决包含多普勒量测且斜距误差和多普勒误差相关的雷达目标跟踪问题。首先用斜距和多普勒量测的乘积构造伪量测,以减小多普勒量测和目标运动状态之间的强非线性程度... 将仅仅考虑位置量测的二维去偏一致转换量测卡尔曼滤波算法进行推广,以解决包含多普勒量测且斜距误差和多普勒误差相关的雷达目标跟踪问题。首先用斜距和多普勒量测的乘积构造伪量测,以减小多普勒量测和目标运动状态之间的强非线性程度;然后用嵌套条件方法得到了转换量测误差前两阶矩的一致性估计;最后根据伪量测是目标运动状态二次函数的特性,用二阶EKF最优地实现了非线性跟踪滤波,其中为了进一步减小二阶EKF的近似误差,利用Cholesky分解实现了位置量测和伪量测的序贯处理。Monte-Carlo仿真结果表明采用新算法可以明显改善跟踪滤波器的性能。 展开更多

关键词 多普勒量测 雷达目标跟踪 去偏一致转换量测卡尔曼滤波 二阶扩展卡尔曼滤波 序贯处理

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