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基于伪线性卡尔曼滤波的水下高速动目标短时运动分析

赵俊浩 马晖 王明洲 张俊 曹浩

赵俊浩, 马晖, 王明洲, 等. 基于伪线性卡尔曼滤波的水下高速动目标短时运动分析[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(4): 686-690 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0171
引用本文: 赵俊浩, 马晖, 王明洲, 等. 基于伪线性卡尔曼滤波的水下高速动目标短时运动分析[J]. 水下无人系统学报, 2025, 33(4): 686-690 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0171
ZHAO Junhao, MA Hui, WANG Mingzhou, ZHANG Jun, CAO Hao. Short-Time Motion Analysis of Underwater High-Speed Moving Target Based on Pseudo-Linear Kalman Filter[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(4): 686-690, 698. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0171
Citation: ZHAO Junhao, MA Hui, WANG Mingzhou, ZHANG Jun, CAO Hao. Short-Time Motion Analysis of Underwater High-Speed Moving Target Based on Pseudo-Linear Kalman Filter[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2025, 33(4): 686-690, 698. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0171

基于伪线性卡尔曼滤波的水下高速动目标短时运动分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0171
详细信息
    作者简介:

    赵俊浩(2001-), 男, 在读硕士, 主要研究方向为数学建模与仿真

  • 中图分类号: TJ630; U663

Short-Time Motion Analysis of Underwater High-Speed Moving Target Based on Pseudo-Linear Kalman Filter

  • 摘要: 针对水下高速动目标探测过程中主动探测周期长、数据不连续, 被动探测无法获得目标距离且难以快速有效解算目标运动要素的问题, 提出了一种基于伪线性卡尔曼滤波(PLKF)的水下高速动目标短时运动分析方法。该方法仅在探测初始时使用一次主动探测, 是一种水平面内的以被动探测为主、主动探测为辅的被动目标运动分析(TMA)方法。文中建立了数学模型并给出迭代方程, 基于“目标在大部分观测时间内保持匀速运动”的先验假设, 在目标匀速运动条件下进行仿真分析, 使用Monte-Carlo方法计算了预测轨迹的均方根误差。仿真实验结果表明, 该方法相较于纯被动探测下的纯方位TMA方法误差更小, 且能够在短时间内实现对目标运动要素解算收敛, 收敛时间不大于10 s。

     

  • 图  1  算法框架

    Figure  1.  Algorithmic framework

    图  2  单次仿真轨迹对比图

    Figure  2.  Comparison of single simulation trajectories

    图  3  预测轨迹平均误差曲线对比图

    Figure  3.  Comparison of predicted trajectory average error curves

    图  4  初始航向预测误差对收敛性的影响曲线

    Figure  4.  Curves of the initial heading prediction error's influence on convergence

    表  1  仿真参数表

    Table  1.   Simulation parameters

    参数
    目标航速/(m/s) 25
    观测站航速/(m/s) 25
    目标初始位置/m (500, 600)
    观测站初始位置/m (0, 0)
    目标初始航向/(°) 135(正西南)
    观测站初始航向中心/(°) −45(正东北)
    观测站机动扇面角/(°) $ \pm {15}$
    观测站被动探测采样周期/s 0.1
    单次仿真时间/s 10
    距离观测误差/% 2.5
    角度观测误差/(°) ${3}$
    速度大小估计误差/% $ \pm 10{\text{\ }}$
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-12-18
  • 修回日期:  2025-02-10
  • 录用日期:  2025-02-17
  • 网络出版日期:  2025-07-08

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