TMA中不完全量測估計與觀測平臺機動模式研究.pdf

1、目標運動分析（TMA）技術(shù)已經(jīng)成為當今國際上十分活躍的熱門研究領域之一。目標跟蹤系統(tǒng)的性能與目標動態(tài)特性、傳感器探測性能、背景噪聲源、狀態(tài)估計器等諸多因素有關。在諸如環(huán)境檢測、空中預警、海上搜救以及航海定位跟蹤等為背景的目標跟蹤系統(tǒng)中，由于有限的傳感器（聲納、激光等）探測能力和外部氣象條件等干擾因素的影響，探測概率往往小于1，即存在著不完全量測現(xiàn)象。本文研究了TMA中的兩個重要問題：一是TMA在不完全量測情形下的估計問題，另一個是被動目

2、標定位跟蹤系統(tǒng)觀測平臺的最優(yōu)機動模式問題。 論文前半部分，就不完全量測下的TMA估計性能及其性質(zhì)，進行了一些探索性的研究工作。 （一）隨機探測/丟失序列的引入，使得Cramer-Rao下界（CRLB）和修正Riccati差分方程（MRDE）具有了隨機性，因此，在統(tǒng)計意義下，CRLB的性質(zhì)與傳統(tǒng)相比有了新的變化。本文深入討論了非線性系統(tǒng)和線性系統(tǒng)中CRLB的數(shù)學模型、統(tǒng)計性質(zhì)以及計算方法，給出了探測/丟失序列期望意義下CR

3、LB收斂的條件，并利用線性矩陣不等式（LMI）給出了CRLB穩(wěn)態(tài)值界的計算方法。 （二）針對具有不完全量測的系統(tǒng)CRLB與數(shù)據(jù)丟失位置（LMD）之間呈現(xiàn)出的某種關聯(lián)現(xiàn)象，本文在Lyapunov穩(wěn)定意義下，從理論上給出了確定性系統(tǒng)修正CRLB、MRDE與丟失數(shù)據(jù)位置滿足單調(diào)函數(shù)關系這一新結(jié)論；在給定探測率下，設計了一組計算量較小的修正CRLB上下界新的計算方法。 （三）給出了統(tǒng)計意義下不完全量測系統(tǒng)隨機估計誤差系統(tǒng)收斂的充

4、要條件以及統(tǒng)計穩(wěn)態(tài)誤差協(xié)方差的計算方法。為便于工程應用，設計了滿足給定方差上下界約束要求的濾波器指標求解方法。 另一方面，在TMA重要分支--被動目標定位與跟蹤系統(tǒng)中，觀測平臺的機動是系統(tǒng)可估必要但不充分條件；特殊的可觀測性使得觀測平臺的機動顯得尤為重要。 論文的后半部分對被動目標定位系統(tǒng)的不可觀測性和觀測平臺的機動模式問題進行了探索，同時對相關濾波算法進行了研究。 （四）對BOT系統(tǒng)不可觀測的已有結(jié)論給出了新的

5、矢量投影證明方法。 鑒于被動目標跟蹤存在特殊的可觀測性問題，分別對二維和三維被動跟蹤系統(tǒng)的不可觀測性問題進行了研究。利用矢量法推導了觀測平臺和目標不同幾何態(tài)勢下系統(tǒng)不可觀測的條件，得到了系統(tǒng)不可觀測性不隨探測率改變的結(jié)論。 （五）考慮被動目標定位系統(tǒng)，基于給定Fisher信息陣（FIM）行列式最大指標，設計了觀測平臺當前時刻的一種新的最優(yōu)機動航向。證明了最優(yōu)機動軌線有且僅有2支，并給出了最優(yōu)機動策略和最優(yōu)機動軌線方程，幾

6、何直觀描述了機動控制序列的可執(zhí)行性；它的特點是對任意時刻均為最優(yōu)，而不僅僅在觀測時間的末端。在最大化方位變化率指標下，用解析法給出了觀測平臺最優(yōu)機動軌線方程。分析比較了2種指標下最優(yōu)軌跡的不同特性，給出了適合工程應用中的觀測平臺機動策略。另外，對被動目標跟蹤系統(tǒng)，給出了一種簡潔實用的觀測平臺次優(yōu)機動策略。 （六）設計了基于初距劃分的被動跟蹤EKF濾波群數(shù)學模型；隨后，將不完全量測估計理論研究結(jié)果應用到一類機動目標運動分析中，并推