TMA中不完全量測(cè)估計(jì)與觀測(cè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)模式研究.pdf

1、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析（TMA）技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今國(guó)際上十分活躍的熱門(mén)研究領(lǐng)域之一。目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的性能與目標(biāo)動(dòng)態(tài)特性、傳感器探測(cè)性能、背景噪聲源、狀態(tài)估計(jì)器等諸多因素有關(guān)。在諸如環(huán)境檢測(cè)、空中預(yù)警、海上搜救以及航海定位跟蹤等為背景的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，由于有限的傳感器（聲納、激光等）探測(cè)能力和外部氣象條件等干擾因素的影響，探測(cè)概率往往小于1，即存在著不完全量測(cè)現(xiàn)象。本文研究了TMA中的兩個(gè)重要問(wèn)題：一是TMA在不完全量測(cè)情形下的估計(jì)問(wèn)題，另一個(gè)是被動(dòng)目

2、標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)觀測(cè)平臺(tái)的最優(yōu)機(jī)動(dòng)模式問(wèn)題。 論文前半部分，就不完全量測(cè)下的TMA估計(jì)性能及其性質(zhì)，進(jìn)行了一些探索性的研究工作。 （一）隨機(jī)探測(cè)/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(jī)性，因此，在統(tǒng)計(jì)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(xué)模型、統(tǒng)計(jì)性質(zhì)以及計(jì)算方法，給出了探測(cè)/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(jì)算方法。 （二）針對(duì)具有不完全量測(cè)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(guān)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(guān)系這一新結(jié)論；在給定探測(cè)率下，設(shè)計(jì)了一組計(jì)算量較小的修正CRLB上下界新的計(jì)算方法。 （三）給出了統(tǒng)計(jì)意義下不完全量測(cè)系統(tǒng)隨機(jī)估計(jì)誤差系統(tǒng)收斂的充

4、要條件以及統(tǒng)計(jì)穩(wěn)態(tài)誤差協(xié)方差的計(jì)算方法。為便于工程應(yīng)用，設(shè)計(jì)了滿足給定方差上下界約束要求的濾波器指標(biāo)求解方法。 另一方面，在TMA重要分支--被動(dòng)目標(biāo)定位與跟蹤系統(tǒng)中，觀測(cè)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)是系統(tǒng)可估必要但不充分條件；特殊的可觀測(cè)性使得觀測(cè)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)顯得尤為重要。 論文的后半部分對(duì)被動(dòng)目標(biāo)定位系統(tǒng)的不可觀測(cè)性和觀測(cè)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)模式問(wèn)題進(jìn)行了探索，同時(shí)對(duì)相關(guān)濾波算法進(jìn)行了研究。 （四）對(duì)BOT系統(tǒng)不可觀測(cè)的已有結(jié)論給出了新的

5、矢量投影證明方法。 鑒于被動(dòng)目標(biāo)跟蹤存在特殊的可觀測(cè)性問(wèn)題，分別對(duì)二維和三維被動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的不可觀測(cè)性問(wèn)題進(jìn)行了研究。利用矢量法推導(dǎo)了觀測(cè)平臺(tái)和目標(biāo)不同幾何態(tài)勢(shì)下系統(tǒng)不可觀測(cè)的條件，得到了系統(tǒng)不可觀測(cè)性不隨探測(cè)率改變的結(jié)論。 （五）考慮被動(dòng)目標(biāo)定位系統(tǒng)，基于給定Fisher信息陣（FIM）行列式最大指標(biāo)，設(shè)計(jì)了觀測(cè)平臺(tái)當(dāng)前時(shí)刻的一種新的最優(yōu)機(jī)動(dòng)航向。證明了最優(yōu)機(jī)動(dòng)軌線有且僅有2支，并給出了最優(yōu)機(jī)動(dòng)策略和最優(yōu)機(jī)動(dòng)軌線方程，幾

6、何直觀描述了機(jī)動(dòng)控制序列的可執(zhí)行性；它的特點(diǎn)是對(duì)任意時(shí)刻均為最優(yōu)，而不僅僅在觀測(cè)時(shí)間的末端。在最大化方位變化率指標(biāo)下，用解析法給出了觀測(cè)平臺(tái)最優(yōu)機(jī)動(dòng)軌線方程。分析比較了2種指標(biāo)下最優(yōu)軌跡的不同特性，給出了適合工程應(yīng)用中的觀測(cè)平臺(tái)機(jī)動(dòng)策略。另外，對(duì)被動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，給出了一種簡(jiǎn)潔實(shí)用的觀測(cè)平臺(tái)次優(yōu)機(jī)動(dòng)策略。 （六）設(shè)計(jì)了基于初距劃分的被動(dòng)跟蹤EKF濾波群數(shù)學(xué)模型；隨后，將不完全量測(cè)估計(jì)理論研究結(jié)果應(yīng)用到一類(lèi)機(jī)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)分析中，并推