【摘 要】
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无源定位系统通过接收辐射源发射的电磁信号进行定位,具有作用距离远、隐蔽性好等优点,在侦察监视、搜索救援等应用中具有重要价值。单站无源定位系统与多站定位系统相比,没有各站间共视、传输大量数据和布站等问题,具有独特优势。但若仅有单个固定观测站仅测向时,对运动目标跟踪不具有可观测性无法实现定位。在实际环境中,目标通常进行匀速巡航运动,并且巡航速率可以通过识别辐射源型号先验获得。因此,本文研究如何在已知速
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无源定位系统通过接收辐射源发射的电磁信号进行定位,具有作用距离远、隐蔽性好等优点,在侦察监视、搜索救援等应用中具有重要价值。单站无源定位系统与多站定位系统相比,没有各站间共视、传输大量数据和布站等问题,具有独特优势。但若仅有单个固定观测站仅测向时,对运动目标跟踪不具有可观测性无法实现定位。在实际环境中,目标通常进行匀速巡航运动,并且巡航速率可以通过识别辐射源型号先验获得。因此,本文研究如何在已知速率先验信息的基础上通过仅测角实现对目标定位跟踪。主要研究内容如下:首先,本文研究了二维场景下,固定单站对已知速率先验的匀速直线运动辐射源目标跟踪的基本原理。建立了目标运动模型,并对基于速率先验信息的固定单站仅测角无源跟踪的可观测性、定位误差的克拉美罗下界(CRLB)以及系统误差对定位性能的影响等进行了分析。其次,研究了基于速率先验信息的固定单站仅测角目标运动参数估计,利用最小二乘方法对观测方程进行伪线性化处理,提出了伪线性最小二乘估计方法。通过增加辅助变量解决了伪观测矩阵和噪声矩阵的相关关系引起的算法估计有偏性,为进一步减小估计误差,推导了仅测角条件下的加权矩阵,在使用了加权矩阵后,所提算法的可以达到CRLB。然后,针对基于速率先验信息的固定单站仅测角跟踪滤波算法,将速率先验信息建模为状态约束,基于非线性投影约束方法和高斯和滤波框架,提出了基于速率先验信息的高斯和投影约束容积卡尔曼滤波方法(GSPCCKF),同时解决了仅测角条件下目标不可观测以及仅有测角信息条件下滤波初值设定困难的问题,引入高斯分裂和合并过程,能较好的降低状态更新运算的非线性度,并能保持滤波器的个数不变,在提高估计精度的同时避免了计算量增大,对远距离匀速巡航目标具有较好的跟踪效果。最后,针对固定单站仅测向无源定位的工程需求,设计并实现了一种基于速率先验信息的固定单站仅测角无源跟踪软件,对本文所提GSPCCKF算法进行封装,并基于实测数据验证了算法对匀速运动目标具有较好的跟踪效果。
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