纯方位系统TMA非线性最小二乘法--工程数学模型与算法

在纯方位系统目标运动分析(TMA)众多方法中,非线性最小二乘法是较为实用的一种,由于其理论模型与选配的常规算法,在工程实施中仍嫌繁琐,因此,给出了线性化的最小二乘法,建立了工程数学模型与算法,并深入地研究了它的初值选取问题.最后,得出了非线性最小二乘法应用于纯方位系统TMA问题的研究结论.     

纯方位目标运动分析四维状态的最小二乘模型及分析*

建立了纯方位系统TMA四维状态的最小二乘模型,详细给出了非线性最小二乘算法的迭代公式,分析了非线性最小二乘模型、线性最小二乘模型可解的必要条件,以及非线性最小二乘模型与极大似然模型的等价性。     

初距为自适应参量的纯方位最小二乘TMA模型

针对纯方位目标运动分析(TMA)中距离平差法需要人工修订初始距离的限制,建立以初距为参量的最小二乘纯方位目标运动分析(TMA)模型,提出一种自适应确定初始距离的方法,放宽对人工修订初始距离的限制.通过数值仿真,结果表明该方法的有效性,且在收敛时间和解算精度指标上较传统纯方位最小二乘纯方位目标云动分析(TMA)有明显改善.     

用不确定逼真度声传播模型的纯方位目标运动分析

当典型的纯方位目标运动分析(TMA)问题的方位量测用所接收的信噪比(SNR)量测增广时,就产生增广的纯方位目标运动分析。假定给定组合声传播和传感器(CAPS)性能预测模型,它确定SNR量测的条件密度;而CAPS模型和现实之间可能存在着不合谐。本文用实验极大后验(EMAP)法对目标参数估计提出增广纯方位目标运动分析问题的新的“缺漏数据”的公式表述,并证明其提供了一种自然而简单明了的方法以减缓CAPS模型的失谐。EMAP方法导致对解增广纯方位目标运动分析问题和经典(非增广)纯方位目标运动分析问题的迭代再加权线性最小二乘算法。     

多基纯方位目标交叉定位中的非线性最小二乘方法

纯方位目标定位方法广泛应用于被动探测系统中,通常采用最小二乘方法对多基平台交叉定位结果进行估计定位.在纯方位定位估计中的最小二乘方法主要采用线性近似法,但难以满足实用中的非线性特性,因此导致定位精度难以提高.从非线性估计出发,利用牛顿迭代的非线性最小二乘估计算法对交叉定位结果进行估计,保留了二阶以上的观测误差,迭代趋于收敛.仿真结果表明与线性近似法相比,牛顿迭代法提高了定位精度,增强了定位稳定性,有效地改善了多基纯方位目标定位系统的定位性能.     

纯方位系统TMA非线性最小二乘法——理论数学模型与常规算法

对非线性最小二乘法应用于纯方位系统目标运动分析进行了综合评述,介绍了经典的非线性最小二乘法及几种常规算法:高斯—牛顿迭代法,麦夸脱迭代法,自适应非线性最小二乘法,给出了非线性最小二乘法对纯方位目标运动分析的四个数学模型:高度非线性模型,减弱非线性模型,再减弱非线性模型,再进一步减弱非线性模型。     

纯方位系统TMA非线性最小二乘法——理论数学模型与常规算法

对非线性最小二乘法应用于纯方位系统目标运动分析进行了综合评述,介绍了经典的非线性最小二乘法及几种常规算法：高斯—牛顿迭代法,麦夸脱迭代法,自适应非线性最小二乘法,给出了非线性最小二乘法对纯方位目标运动分析的四个数学模型：高度非线性模型,减弱非线性模型,再减弱非线性模型,再进一步减弱非线性模型。     

一种解决纯方位跟踪问题的新的最小二乘模型

对纯方位问题进行了描述,对解纯方位跟踪问题的传统最小二乘滤波方法进行了研究,并给出了具体的计算模型.通过拓展传统方法中待估计变量的维数和公式推导,提出了解决纯方位跟踪问题的一种新的最小二乘模型,并将其与传统的基于最小二乘原理的模型进行了分析与仿真比较.仿真结果表明,传统方法受初始方位误差的影响较大,新模型不受初始方位的影响,可作为传统计算方法的一种补充.     

评述纯方位目标运动分析的某些观点

本文对“纯方位目标运动分析的离散时间可观察性和可估性分析”一文进行了评述,作者认为在全过程中使用伪量测,这种分析方法在TMA领域不常用。作者提出了观察器机动的建议,并给出了模拟的结果。     

有限声速的纯方位算法

针对纯方位条件下对等速直航目标观测的算法问题,将目标运动要素及平均声速作为待估计参数,给出了计算非线性最小二乘法目标函数梯度与Hessian矩阵的解析公式,基于这些公式,可以构造估计目标运动要素的一些算法及编程实现。部分数值实验表明,信赖域算法、Levenberg-Marquardt算法与Matlab用于解非线性最小二乘问题的函数lsqnonlin的计算精度基本一致。     

用于纯方位目标运动分析的泰勒级数法

以泰勒级数法的理论模型为基础,研究它在纯方位TMA中的应用问题。将泰勒级数法与高斯-牛顿法相结合,得到一种混合泰勒级数法。这种混合方法简单易懂,计算并不复杂。经蒙特卡罗仿真研究,其性能可与高斯-牛顿法相比较,对于有些态势甚至在收敛时间以及解算效果上要优于高斯-牛顿法。算法性能反映在一些典型的TMA态势上。     

纯方位TMA的变增益扩展卡尔曼滤波算法

通过对水下纯方位目标运动分析中的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的分析,利用方位新息,构成了一条反馈回路,从而将EKF算法改进为变增益扩展卡尔曼滤波(VGEKF)算法.对比仿真分析表明,VGEKF较之EKF滤波效果有所改善,增强了稳定性,提高了精度,为水下纯方位目标运动分析的实现提供新的途径.     

纯方位角目标运动分析的可观测性研究

纯方位角目标运动分析的可观测性是纯方位角观测系统中的一个基本问题.只有解决了系统的可观测性,才能进行有效的目标定位及跟踪.从随机系统的角度分析了纯方位角观测系统的可观测性,引入状态参量的Fisher信息矩阵作为判断系统可观测性的依据,提出了完全不同于判定确定性系统可观测性的随机观测系统可观测性的判定方法.最后给出了一个静止目标纯方位角观测系统的实例,说明了该方法的有效性.     

单站纯方位目标跟踪系统可观测性分析

针对单站纯方位目标跟踪系统的可观测性,在研究国内外有关状况的基础上,给出了单站纯方位目标运动分析的问题描述,综述了国内外的研究和发展情况,给出了由观测可观测性的一些结论和证明.其中对某些经典的结论给出了简单、明了的证明方法,这些有助于该问题的深入理解和研究.     

纯方位目标跟踪系统的可观测程度

首先建立了纯方位目标跟踪系统的动态模型和一个最小二乘估计器,分析了该系统的完全可观测性。在系统完全可观测的条件下,引入可观测程度这一概念。文中定义了两种描述系统可观测程度的方法。它们都很好地反映了系统可观测程度随跟踪时间的变化过程。研究发现,纯方位目标跟踪系统往往是弱可观测系统,这正是系统跟踪效果不佳的原因所在。然而,文中表明的系统可观测程度同跟踪几何态势关系密切这一事实,又使得从己艇机动入手解决跟踪效果差的问题成为可能,就是通过极大化系统的可观测程度优化己艇的机动策略。     

多传感器系统纯方位定位与可观测性分析

对多静止测向站系统的可观测性、定位方法进行了分析和研究。通过运动等效,将多静止站系统转化成一个特殊的单运动测向站问题。采用拟线性方法,建立了纯方位多传感器系统目标定位问题的数学描述,并分析了系统的可观测性条件。提出了两种目标被动定位的融合递推算法,它们可以以标量的形态递推计算,具有实时性高、可计算性好的优点。     

多站纯方位定位系统的可观测性条件

对多运动站纯方位目标定位系统的可观测性问题进行了研究.通过运动等效,将多运动站纯方位定位系统等效成一个特殊的单运动站定位问题.利用拟线性估计方程,导出了系统不完全可观测的一些条件,分析中还发现了系统不完全可观测的新情形.