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专利号: 2018102884838
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于信息论的预测快速协方差交互融合无源协同定位方法,其特征在于包括以下步骤:步骤(1):构建两个接收站、一个外辐射源的无源协同定位系统的数学模型;

假定R1和R2分别表示接收站1和接收站2,T表示外辐射源,O表示目标,rOR1表示O与R1间的距离,rOR2表示O与R2间的距离,rOT表示O与T间的距离,rR1T表示R1与T间的距离,rR2T表示R2与T间的距离;

首先建立目标运动模型,记目标在第k帧的状态可以为:其中[x(k),y(k)]和 分别表示第k帧目标在x,y方向的位置和速度;假设目标运动模型如下:X(k)=FX(k-1)+V(k)                           (1)式中 为目标的状态转移矩阵,t表示采样间隔,V(k)~N(0,Q(k))为目标过程噪声,Q(k)为目标过程噪声协方差;

PCL系统中两个接收站的量测模型分别为:其中:

式中,[xR1(k),yR1(k)],[xR2(k),yR2(k)]和[xT(k),yT(k)]分别表示R1,R2和T在第k帧的位置;量测噪声w1(k),w2(k)分别服从协方差为 和的零均值高斯分布;

步骤(2):两个接收站分别通过扩展卡尔曼滤波算法对目标状态进行预测更新,具体是:

2.1状态一步预测方程:

其中 表示接收站R1在第k-1帧对目标的状态一步预测, 表示接收站R1在第k-1帧对目标的状态估计;

2.2量测一步预测方程:

其中 表示在第k-1帧接收站R1对目标状态一步预测的量测一步预测,

2.3新息和误差协方差预测:

其中Ψ(k)表示在第k帧的新息, 表示在第k-1帧的预测误差协方差,表示在第k-1帧的误差协方差;FT表示状态转移矩阵F的转置,G表示噪声输入T分布矩阵,G表示噪声输入分布矩阵G的转置;

2.4雅可比矩阵:

其中H(k)表示在第k帧的雅可比矩阵, 表示当 时,h1(k)对X(k)的微分;

2.5新息协方差:

其中S(k)表示在第k帧的新息协方差,H(k)T表示雅可比矩阵H(k)的转置;

2.6滤波增益:

其中W(k)表示在第k帧的滤波增益;

2.7状态更新:

其中 表示在第k帧接收站R1对目标状态更新后的状态估计值;

2.8误差协方差更新:

其中 表示在第k帧更新后的误差协方差值;W(k)T表示滤波增益W(k)的转置;

根据步骤2.1-2.2获得接收站R1每一帧的状态估计值和误差协方差值;

接收站R2的扩展卡尔曼滤波参考上述接收站R1计算过程,最终得到两个接收站分别对目标的状态估计 和误差协方差步骤(3):考虑原先融合航迹的状态估计和误差协方差,根据信息理论优化准则,得到各个误差协方差之间的K-L散度,从而得到预测快速协方差交互融合算法权值的闭式解;

由步骤(2)得到的两个接收站在第k帧的状态估计分别为 误差协方差分别为 假设 为第k-1帧融合航迹的预测状态,PFCI(k|k-1)为第k-1帧融合航迹的预测误差协方差;当进行航迹融合时,考虑前一帧融合航迹的状态估计和误差协方差,则接收站1和2在第k帧的权值ω1(k|k),ω2(k|k)以及在第k-1帧融合航迹的预测权值ωF(k|k-1)分别如下:其中:

式中D(PA,PB)表示两个误差协方差PA,PB之间的K-L散度:其中:tr(·)表示求秩, 表示PB的逆, 表示PB行列式与PA行列式之比的自然对数,C1为常数;两个状态估计 和 之间的状态估计误差 定义如下:而:

其中 表示状态估计误差 的转置;

步骤(4):通过预测协方差交互融合算法得到目标的状态,具体是:将融合航迹中预测融合状态估计和预测误差协方差考虑在内,得到融合状态估计和误差协方差矩阵估计PFCI(k|k)如下:ω1(k)+ω2(k)+ωF(k|k-1)=1                 (27)。