伯努利滤波器在纯角度跟踪场景中的应用

1

作者 时国平 钱叶册 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期246-254,共9页

所获得信息只包含角度信息的传感器被称为纯角度传感器,基于纯角度传感器的目标跟踪被称之为纯角度跟踪(Bearings-only Tracking,BOT)。BOT是目标跟踪领域的重要课题,在被动目标跟踪场景中能够发挥重要作用。伯努利滤波器(Bernoulli Fil... 所获得信息只包含角度信息的传感器被称为纯角度传感器,基于纯角度传感器的目标跟踪被称之为纯角度跟踪(Bearings-only Tracking,BOT)。BOT是目标跟踪领域的重要课题,在被动目标跟踪场景中能够发挥重要作用。伯努利滤波器(Bernoulli Filter,BF)是贝叶斯框架内的最优单目标滤波器,可以求得目标的存在概率和完整的后验概率密度函数,并判断目标出现和消失。作者将伯努利滤波器应用于纯角度跟踪场景下的单目标跟踪问题,提出了一种纯角度跟踪伯努利滤波器。在所提出的滤波器中,将目标相对于传感器的角度及其变化率作为状态矢量,用于估计目标是否存在;若目标存在,估计其状态信息。同时,还给出了所提出滤波器的粒子滤波(Particle Filter,PF)实现方法。仿真结果显示,与普通伯努利滤波器相比,所提出的纯角度跟踪伯努利滤波器能够更好地判断目标是否存在,同时滤波器对于目标估计的误差也更小。因此,所提出的滤波器具有更好的跟踪性能和更高的跟踪精度,能够有效应用于被动跟踪场景中。 展开更多

关键词 纯角度传感器 纯角度跟踪 伯努利滤波器 粒子滤波

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WGS-84坐标系下双机纯角度无源定位及性能分析 被引量：5

2

作者 吴卫华 江晶 +1 位作者 范雄华 周宗伟 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期654-661,共8页

为实现切合实际的多运动平台对辐射源的无源定位,提出了基于WGS-84坐标系的双机纯角度交叉定位方法。推导了在各自平台坐标系下的视线(line-of-sight,LOS)到公共的WGS-84坐标系的旋转变换矩阵,然后应用空间两异面直线公垂线线段中点实... 为实现切合实际的多运动平台对辐射源的无源定位,提出了基于WGS-84坐标系的双机纯角度交叉定位方法。推导了在各自平台坐标系下的视线(line-of-sight,LOS)到公共的WGS-84坐标系的旋转变换矩阵,然后应用空间两异面直线公垂线线段中点实现纯角度交叉定位;同时,利用一阶Taylor展开法,推导了误差经旋转变换和交叉定位等非线性变换后的协方差矩阵,并将其用于对多个单次定位估计的滤波,以提高算法定位精度。通过仿真,对影响定位精度的主要因素进行了深入分析,对比研究了单次定位和滤波定位性能,结果表明后者可明显改善精度,验证了该方法的有效性,得到的结论可指导实际运用。 展开更多

关键词 无源定位 纯角度量测 机载运动平台 WGS-84 视线

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三维纯角度被动跟踪定位的最小二乘-卡尔曼滤波算法 被引量：26

3

作者 邱玲 沈振康 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2001年第2期83-86,共4页

利用角度信息估计出目标的距离和速度实质上是一个非线性状态估计问题 ,经典的扩展卡尔曼滤波算法性能很不稳定。文中首先根据静态估计理论推导出了在某一时刻目标位置的最小二乘解 ,然后将其作为卡尔曼滤波的测量值进行滤波 ,作进一步... 利用角度信息估计出目标的距离和速度实质上是一个非线性状态估计问题 ,经典的扩展卡尔曼滤波算法性能很不稳定。文中首先根据静态估计理论推导出了在某一时刻目标位置的最小二乘解 ,然后将其作为卡尔曼滤波的测量值进行滤波 ,作进一步的数据处理 ,以提高估计精度。为了避免测量误差的相关性 ,分别在x ,y ,z方向上进行滤波 ,简化了算法 ,提高系统的定位精度。仿真结果表明这一算法是简单而有效的。 展开更多

关键词 纯角度测量 最小二乘 卡尔曼滤波 目标被动跟踪定位 算法

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基于纯角度的三维运动目标可观性研究 被引量：8

4

作者 杨国胜 窦丽华 侯朝桢 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期182-185,共4页

本文针对在三维空间作匀加速运动的目标 ,推导出了基于纯角度测量的运动目标状态可观测的必要条件。在求解这一必要条件的过程中 ,利用数学变换手段 ,将非线性角度观测方程转换成线性框架来进行处理 ;利用满秩矩阵的一些特点 ,把高阶非... 本文针对在三维空间作匀加速运动的目标 ,推导出了基于纯角度测量的运动目标状态可观测的必要条件。在求解这一必要条件的过程中 ,利用数学变换手段 ,将非线性角度观测方程转换成线性框架来进行处理 ;利用满秩矩阵的一些特点 ,把高阶非线性微分方程转化成一阶线性微分方程组来求解 ,获得了可观测性必要条件。 展开更多

关键词 纯角度 控制理论 可观测性判据 微分方程 满秩矩阵

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混合坐标系下的一种纯角度跟踪算法 被引量：10

5

作者 徐姣杰 陈红林 张耀中 《电光与控制》 北大核心 2005年第2期34-36,共3页

　针对依靠红外传感器提供目标角测量,以雷达间断工作提供目标距离测量的目标状态估计问题,从探测精度的要求出发,提出了一种基于由直角坐标系和修正极坐标系组成的混合坐标系的扩展卡尔曼滤波算法,在一具体战术环境进行了数字仿真,并... 　针对依靠红外传感器提供目标角测量,以雷达间断工作提供目标距离测量的目标状态估计问题,从探测精度的要求出发,提出了一种基于由直角坐标系和修正极坐标系组成的混合坐标系的扩展卡尔曼滤波算法,在一具体战术环境进行了数字仿真,并对仿真曲线进行了分析。 展开更多

关键词 混合坐标系 扩展卡尔曼滤波 纯角度跟踪

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光电跟踪系统纯角度滤波器的设计 被引量：10

6

作者 郭宁 吕俊伟 邓江生 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1818-1824,共7页

为了在不增加硬件的条件下改善光电跟踪系统的性能,提出了仅基于目标角度信息的状态估计方法,设计了纯角度跟踪滤波器。首先,分析了带有激光测距仪的红外跟踪系统的工作机理;针对目标机动性特点,建立了球坐标系下目标的"当前"... 为了在不增加硬件的条件下改善光电跟踪系统的性能,提出了仅基于目标角度信息的状态估计方法,设计了纯角度跟踪滤波器。首先,分析了带有激光测距仪的红外跟踪系统的工作机理;针对目标机动性特点,建立了球坐标系下目标的"当前"机动模型。然后,针对纯角度跟踪过程中高频图像序列存在复杂噪声干扰的问题,采用集员估计的方法对目标状态模型进行了补偿和调整,并在此基础上设计了自适应椭球滤波算法。最后,以舰载光电跟踪系统对来袭目标的跟踪为例进行了仿真。对比实验结果表明,对于复杂噪声条件下的强机动目标,在激光测距仪回波率为50%的情况下,利用基于自适应椭球滤波算法的纯角度滤波器进行辅助跟踪,可以实现方位(俯仰)角度估计均方差≤0.6mrad的稳定跟踪,效果显著优于传统滤波方法,具有良好的工程实用价值。 展开更多

关键词 光电跟踪 状态估计 纯角度跟踪 椭球滤波

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基于观测相似性粒子滤波的纯角度目标跟踪 被引量：12

7

作者 梁军 彭喜元 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2009年第2期10-14,共5页

单站被动纯角度目标跟踪问题在理论和实际应用中一直都是被广泛研究的一个重要而困难的课题。本文提出一种重采样基于观测路径相似性的粒子滤波算法,该算法利用粒子观测路径和系统状态观测路径的相似性来修正粒子权值并使用修正后的权... 单站被动纯角度目标跟踪问题在理论和实际应用中一直都是被广泛研究的一个重要而困难的课题。本文提出一种重采样基于观测路径相似性的粒子滤波算法,该算法利用粒子观测路径和系统状态观测路径的相似性来修正粒子权值并使用修正后的权值进行重采样。实验结果表明当观测噪声方差小于系统噪声方差时,该算法在单站被动纯角度目标跟踪的误差均方根值和误差方差上均优于SIR粒子滤波、辅助粒子滤波和高斯粒子滤波。 展开更多

关键词 单站被动跟踪 纯角度测量 状态估计 SIR粒子滤波 辅助粒子滤波 高斯粒子滤波

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纯角度跟踪非线性预测滤波算法研究 被引量：7

8

作者 任波 闫向远 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2014年第2期6-8,58,共4页

为了提高目标跟踪的准确性和可靠性,采用纯角度跟踪模型和非线性预测滤波算法相结合的方法来确定跟踪目标的实时位置。通过仿真发现,在恰当的选取加权矩阵的前提下,可对模型误差进行实时估计,很好的预测出目标的实时位置,由此表明纯角... 为了提高目标跟踪的准确性和可靠性,采用纯角度跟踪模型和非线性预测滤波算法相结合的方法来确定跟踪目标的实时位置。通过仿真发现,在恰当的选取加权矩阵的前提下,可对模型误差进行实时估计,很好的预测出目标的实时位置,由此表明纯角度跟踪非线性预测滤波算法在目标跟踪应用中不但操作简单,且有很好的精确性和有效性。 展开更多

关键词 纯角度跟踪 非线性滤波 预测滤波 目标跟踪

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鲁棒高斯和集合卡尔曼滤波及其在纯角度跟踪中的应用 被引量：4

9

作者 姜浩楠 蔡远利 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期129-136,共8页

针对纯角度目标跟踪中量测信息易受异常值和非高斯噪声干扰的问题,提出了一种新的非线性滤波算法–鲁棒高斯和集合卡尔曼滤波(robust Gaussian-sum ensemble Kalman filter,RGSEnKF)算法.首先,采用Huber技术重塑集合卡尔曼滤波的量测更... 针对纯角度目标跟踪中量测信息易受异常值和非高斯噪声干扰的问题,提出了一种新的非线性滤波算法–鲁棒高斯和集合卡尔曼滤波(robust Gaussian-sum ensemble Kalman filter,RGSEnKF)算法.首先,采用Huber技术重塑集合卡尔曼滤波的量测更新过程,能够有效地处理量测中的异常值.随后,将改进的集合卡尔曼滤波在高斯和框架下进行扩展,得到RGSEnKF算法,可以进一步解决受非高斯噪声干扰的非线性系统的状态估计问题.此外,新算法中包含距离参数化初始化策略和高斯分量融合策略.前者是为了减小纯角度跟踪中距离信息不可观测的影响,而后者可以避免高斯分量数目随时间不断增长.大量仿真结果验证了新算法的有效性和鲁棒性. 展开更多

关键词 纯角度跟踪 异常值 非高斯噪声 集合卡尔曼滤波 高斯和

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两静止观测站的纯角度定位与跟踪(英文) 被引量：2

10

作者 曹磊 王帅 刘钊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2006年第4期410-414,共5页

许多论文都讨论了当观测站处于运动状态时如何对运动的目标进行定位和跟踪。但是,当观测站处于静止状态的时候,这些方法就不能使用了。文章的目的是通过两个静止红外观测站对存在机动运动的目标进行定位。给出了一种同步两站数据时间的... 许多论文都讨论了当观测站处于运动状态时如何对运动的目标进行定位和跟踪。但是,当观测站处于静止状态的时候,这些方法就不能使用了。文章的目的是通过两个静止红外观测站对存在机动运动的目标进行定位。给出了一种同步两站数据时间的方法,然后用同步后的数据对机动目标进行定位。试验结果证明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 纯角度定位 时间同步 Α-Β滤波 坐标转换

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一种新的三维纯角度无偏定位跟踪算法 被引量：4

11

作者 孙阳 徐征 《电子设计工程》 2011年第18期82-85,共4页

三维空间中多站纯角度无源定位跟踪实质上是一个非线性状态估计问题。经典的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法等递推类算法性能不稳定,而将非线性观测方程转化为伪线性方程会产生有偏估计。为了实现快速稳定无偏定位跟踪,提出了一种新的双站纯... 三维空间中多站纯角度无源定位跟踪实质上是一个非线性状态估计问题。经典的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法等递推类算法性能不稳定,而将非线性观测方程转化为伪线性方程会产生有偏估计。为了实现快速稳定无偏定位跟踪,提出了一种新的双站纯角度快速渐进无偏定位跟踪算法。该算法通过对未知状态变量含二次约束的伪线性方程进行约束最小二乘(CLS)极小化处理,最终只需要对一对矩阵束进行广义特征分解即可获得目标状态估计值。仿真结果表明,该算法与EKF算法及最小二乘(LS)算法相比,定位性能更稳定,精度更高,在测量误差较大或者两个观测站测量误差不一致时优势更明显。 展开更多

关键词 无源定位 纯角度 渐进无偏 约束最小二乘 特征分解

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纯角度量测序列的参数航迹滤波新方法

12

作者 吴中林 刘进忙 +1 位作者 倪鹏 刘晓婧 《电光与控制》 北大核心 2012年第5期74-77,共4页

红外探测器只能测量运动目标的方位角和俯仰角,难以获取目标的距离信息,所测量的空中目标信息为不完全信息,无法在直角坐标系下有效对三维运动目标进行滤波与跟踪。针对这一问题,提出红外单站跟踪运动目标的参数航迹滤波方法。该方法利... 红外探测器只能测量运动目标的方位角和俯仰角,难以获取目标的距离信息,所测量的空中目标信息为不完全信息,无法在直角坐标系下有效对三维运动目标进行滤波与跟踪。针对这一问题,提出红外单站跟踪运动目标的参数航迹滤波方法。该方法利用传感器测量到的目标方位角和俯仰角信息,根据假设的目标运动模型,先对目标飞行方向进行估计,然后利用估计出的方向向量和角度量测序列计算出目标的两个航迹参数;最后综合解算得到目标到传感器的方向向量参数航迹计算公式,从而得到方位和仰角估计值。仿真结果表明,该模型对方位和仰角的估计值较稳定,误差较小,效果较优。 展开更多

关键词 目标跟踪 纯角度 航迹滤波 红外单站 方位仰角估计

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基于纯角度量测的二维运动目标可观性判据

13

作者 杨国胜 侯朝桢 朱峰 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第2期181-183,187,共4页

针对在二维空间作匀加速运动的目标 ,获得基于纯角度量测的目标运动状态可观测的数学判据 .在求解数学判据的过程中 ,巧妙利用数学变换手段 ,将非线性角度观测方程转换成线性框架进行处理 ;利用满秩矩阵的一些特点 ,把高阶非线性微分方... 针对在二维空间作匀加速运动的目标 ,获得基于纯角度量测的目标运动状态可观测的数学判据 .在求解数学判据的过程中 ,巧妙利用数学变换手段 ,将非线性角度观测方程转换成线性框架进行处理 ;利用满秩矩阵的一些特点 ,把高阶非线性微分方程转化成一阶线性微分方程组求解 ,获得了可观测性判据 . 展开更多

关键词 纯角度量测 二维运动目标 可观性判据 满秩矩阵

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纯角度跟踪的球面坐标降维算法

14

作者 胡磊力 陈钰清 邹盛怀 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期6-12,共7页

从解决目标跟踪中的非线性问题入手 ,分析了不同的解决方法 ,并结合地面红外搜索跟踪 (IRST)系统单独使用时的实际特点 ,提出了球面坐标降维模型 ,给出了相应的目标纯角度跟踪算法。目标状态方程和量测方程得到了简化。最后进行了目标... 从解决目标跟踪中的非线性问题入手 ,分析了不同的解决方法 ,并结合地面红外搜索跟踪 (IRST)系统单独使用时的实际特点 ,提出了球面坐标降维模型 ,给出了相应的目标纯角度跟踪算法。目标状态方程和量测方程得到了简化。最后进行了目标跟踪的仿真试验 。 展开更多

关键词 目标跟踪 跟踪算法 降维模型 纯角度跟踪 球面坐标降维 红外搜索跟踪系统

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基于纯角度信息的单站无源定位算法 被引量：2

15

作者 曹志亮 汪晋 +1 位作者 任芹 张直 《电子技术与软件工程》 2017年第10期118-120,共3页

本文研究了在纯角度测量信息下地面干扰源的单站无源定位问题,给出了一种新的基于纯角度信息的非线性滤波无源定位算法。该算法首先利用载机初始位置和目标角度测量值,计算得到初步的目标状态值和状态协方差值,其次用这些信息来初始化... 本文研究了在纯角度测量信息下地面干扰源的单站无源定位问题,给出了一种新的基于纯角度信息的非线性滤波无源定位算法。该算法首先利用载机初始位置和目标角度测量值,计算得到初步的目标状态值和状态协方差值,其次用这些信息来初始化扩展卡尔曼滤波器,最后运用扩展卡尔曼滤波器进行非线性滤波,得到高精度的目标定位结果。经过仿真结果分析,该算法具有收敛速度快、定位精度高的特点,能够较好的满足工程实际的应用要求。 展开更多

关键词 纯角度 无源定位 非线性滤波器

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基于纯角度的快速收敛无人机环航控制算法 被引量：1

16

作者 桂欣颖 辛沙欧 +1 位作者 宋震林 戚国庆 《电子设计工程》 2021年第24期13-17,共5页

基于纯角度观测下的无人机环航跟踪系统因其隐蔽性强、跟踪效果好而得到广泛的应用。针对跟踪系统环航控制收敛速度较慢的问题,对单目标纯角度环航跟踪方法进行改进。通过结合无人机运动特性和饱和控制设计了一种能快速收敛的环航控制器... 基于纯角度观测下的无人机环航跟踪系统因其隐蔽性强、跟踪效果好而得到广泛的应用。针对跟踪系统环航控制收敛速度较慢的问题,对单目标纯角度环航跟踪方法进行改进。通过结合无人机运动特性和饱和控制设计了一种能快速收敛的环航控制器,使用李雅普诺夫稳定性理论证明了控制器的渐近稳定性,根据饱和控制给出该控制策略下具有快速收敛性的控制器的参数应该满足的条件,通过与已有的环航控制器进行对比测试,验证了文中提出的环航控制器的快速收敛性。 展开更多

关键词 无人机 环航控制 纯角度 快速收敛

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三维纯角度极坐标目标运动分析算法

17

作者 施雨逢 骆吉安 《杭州电子科技大学学报（自然科学版）》 2024年第3期5-11,共7页

现有纯角度极坐标目标运动分析算法仅适用于二维目标跟踪,无法直接用于三维空间的极坐标目标运动分析,为此提出一种新的三维纯角度极坐标目标运动分析算法。首先建立了三维极坐标伪线性方程,推导加权极坐标伪线性估计器;为减小估计偏差... 现有纯角度极坐标目标运动分析算法仅适用于二维目标跟踪,无法直接用于三维空间的极坐标目标运动分析,为此提出一种新的三维纯角度极坐标目标运动分析算法。首先建立了三维极坐标伪线性方程,推导加权极坐标伪线性估计器;为减小估计偏差,通过引入工具变量矩阵消除系统矩阵与测量噪声的相关性,设计极坐标加权工具变量估计器。仿真结果表明,该算法在弱可观条件下能够精确估计目标运动参数,可用于三维极坐标目标跟踪初始化,具有很强的实用价值。 展开更多

关键词 纯角度目标运动分析 极坐标 目标跟踪 伪线性 加权工具变量

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基于OTHR与纯角度传感器群数据关联的模式辨识与定位精度提升 被引量：3

18

作者 孔若男 程咏梅 +2 位作者 梁彦 王增福 睢志佳 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期1061-1069,共9页

天波超视距雷达(OTHR)目标跟踪面临着"三低"(低检测概率、低数据率和低测量精度)和"多径"(多条传播路径)的挑战,因此传播模式的准确辨识与目标定位精度提升是改善跟踪能力的关键。首先利用纯角度传感器群获得目标... 天波超视距雷达(OTHR)目标跟踪面临着"三低"(低检测概率、低数据率和低测量精度)和"多径"(多条传播路径)的挑战,因此传播模式的准确辨识与目标定位精度提升是改善跟踪能力的关键。首先利用纯角度传感器群获得目标地理位置的初步估计,然后采用极大似然估计建立了OTHR的传播模式和杂波模式的辨识规则,进而利用最小方差估计准则实现OTHR和纯角度传感器群的量测融合。仿真结果表明,此算法的模式辨识正确率很高,能明显提升方位角的测量精度,但是不能明显提升径向距的精度。 展开更多

关键词 天波超视距雷达 纯角度传感器 数据融合 模式辨识 定位精度提升

原文传递

基于UKF的双机协同纯角度目标定位路径规划 被引量：2

19

作者 牛俊妮 蔡远利 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2017年第2期35-38,共4页

针对三维空间双机协同定位问题,在无迹卡尔曼滤波的基础上,提出一种规划双机路径的方法。首先,利用双机探测得到的方位角和俯仰角信息,并结合无迹卡尔曼滤波算法估计目标的状态;在此基础上根据交互信息理论提出指标函数的概念,以指标函... 针对三维空间双机协同定位问题,在无迹卡尔曼滤波的基础上,提出一种规划双机路径的方法。首先,利用双机探测得到的方位角和俯仰角信息,并结合无迹卡尔曼滤波算法估计目标的状态;在此基础上根据交互信息理论提出指标函数的概念,以指标函数最大为轨迹优化的最优性能指标,将问题转化为求双机控制量的最优解;最后,采用遗传算法求解双机的控制量,得到比较合理的双机飞行路径。仿真结果表明,通过最大化指标函数可以有效地规划双机路径,且具有更高的精度和速度。 展开更多

关键词 双机协同 交互信息 路径规划 遗传算法 纯角度 无迹卡尔曼滤波

原文传递

仅有角度观测信息情况下目标机动自适应跟踪算法研究 被引量：8

20

作者 田俊林 付承毓 唐涛 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2011年第10期57-65,共9页

针对光电目标跟踪问题中纯角度跟踪的特点,提出了纯角度目标的机动自适应跟踪算法。该算法采用机动目标"当前"统计模型描述目标的运动特性,根据强跟踪滤波器的思想通过实时检测滤波器的残差信息确定目标的机动变化情况,进而调... 针对光电目标跟踪问题中纯角度跟踪的特点,提出了纯角度目标的机动自适应跟踪算法。该算法采用机动目标"当前"统计模型描述目标的运动特性,根据强跟踪滤波器的思想通过实时检测滤波器的残差信息确定目标的机动变化情况,进而调整"当前"统计模型中表征目标机动特性的参数(机动频率和随机加速度分布的极值),使得运动模型更加符合目标的机动实际,具有对目标机动自适应调整的能力。仿真试验表明,该算法在目标机动性较强时具有较强的跟踪能力,在目标机动性较弱时具有较高的跟踪精度,实现了对跟踪精度和跟踪能力的有效兼顾。 展开更多

关键词 纯角度 机动目标 自适应 目标跟踪

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