基于UKF的天基红外低轨卫星自由段弹道跟踪技术

分析了天基红外低轨卫星星载传感器对弹道导弹自由段的弹道估计问题,它是下-代空间预警系统的关键技术之一.同时引入一种新的滤波估计算法UKF,该算法应用于非线性系统时具有较好的滤波估计性能.通过Monte Carlo仿真,与其他算法比较,该算法具有更好的适应能力,跟踪性能更优.     

太阳对中低轨红外预警星座跟踪传感器的影响

中低轨天基红外星座是一种新型的能对自由段目标进行跟踪的导弹预警星座,太阳是影响其跟踪覆盖性能的重要背景条件。详细分析了太阳对跟踪传感器的影响条件、方式和大小,并进行了仿真验证。研究表明太阳对单颗卫星的影响较大,并且呈现周期性,但对整个星座的影响有限。     

红外低轨星座对弹道目标动态覆盖性能分析

对弹道目标主动段的覆盖是红外低轨星座的重要指标。提出一种红外低轨星座对弹道目标主动段的覆盖分析方法,该方法基于网格点覆盖分析的思路,将对全球区域的静态网格点覆盖分析和对特定区域的目标主动段覆盖相结合,在保持星座覆盖分析有效性的同时减少覆盖分析计算量。对该方法进行实例分析,验证了其有效性。根据实例覆盖分析结果,结合星座覆盖对主动段目标检测性能影响的分析,提出了覆盖间隙开始时间的指标,该指标可有效衡量红外低轨星座对弹道目标主动段的动态覆盖性能。     

低轨预警自由段弹道估计的多项式逼近算法

低轨单星对自由段弹道的估计是天基预警系统需解决的关键技术之一.建立了低轨预警卫星对自由段弹道的观测模型,针对极大似然估计批处理算法的大运算量问题,给出了一种多项式逼近算法,由观测数据的逼近多项式在一些特定采样点的值形成伪观测数据,以伪观测数据代替原观测数据进行弹道估计.仿真表明,精度与极大似然估计相当,运算量显著降低.     

基于selfGDE3算法的低轨预警系统优化设计方法

为有效解决低轨预警系统多目标优化设计的问题,研究并提出了一种自适应控制参数通用差异演化算法,建立了低轨预警系统优化设计的空间覆盖模型、定位精度模型和星座成本模型,根据自适应控制参数通用差异演化算法的优化流程,建立了系统优化目标函数,并对优化中的离散变量等特殊情况进行了处理,最后在特定的约束和仿真参数下得出低轨预警系统星座方案,通过仿真验证了方法的有效性。     

天基光学短弧观测约束域的粒子群优化定轨方法

针对空间目标定轨问题,提出一种利用两段天基光学短弧观测数据的粒子群优化定轨新算法。在介绍天基光学短弧观测测量帧集、测量约束域及目标函数构造的基础上,为解决已有的基于网格搜索思想寻优的算法存在的多解、局部最优解及运算量过大等问题,提出了一种利用粒子群优化算法在约束域内对目标函数值寻优达到定轨目的的新算法。对算法的性能进行了仿真验证。多次仿真结果表明:该算法大大降低了计算量,且有效地解决了目标函数多解和局部最优解问题,对目标定轨的精度与定轨算法的克拉美罗下限接近。     

地月转移轨道的天基测向初轨确定研究

研究了利用天基测向数据对地月转移轨道的初轨确定。天基平台分别考虑采用单颗卫星和星座卫星,研究了观测数据的噪声平滑,分析了观测弧段长度和观测几何对两种平台的定轨精度的影响,基于数值分析结果,研究了初定轨中系统差的消除。研究结果表明,星座双星同步定轨比较适用于地月转移轨道的天基测向初定轨。     

基于虚拟检测函数下的IMM-UKF机动目标跟踪

为了有效提高对机动目标的跟踪效果,将无迹卡尔曼滤波(UKF)引入到交互多模型(IMM)算法框架内,加强状态估计精度;引入强跟踪滤波器(STF)到UKF算法中,避免对强机动目标的过大时间延迟和跟踪性能差的缺点;提出虚拟检测函数法,在跟踪过程中自适应调整"当前"统计模型的机动参数,加大模型集与目标真实运动模式匹配概率。仿真结果验证了改进算法的有效性。     

局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法

针对低轨预警卫星星座设计问题,提出一种局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法。根据可能来袭弹道确定需覆盖的空域,利用目标与卫星的可见性条件,求出能有效覆盖的卫星位置集合,以时间覆盖缝隙最小化为目标建立星座的优化模型,并给出基于最优轨道的求解算法。实例分析发现,对实例中空域的无时缝覆盖只需要8颗卫星。     

基于稳态遗传算法的间歇式覆盖天基雷达星座优化设计

针对天基雷达星座的构型优化设计,建立了能够反映星座重要工作性能的单双基地间歇式覆盖模型、星间链路模型、双基地雷达的动目标检测模型,得到了低轨道卫星星座星间链路判断准则,给出了统计评价特性和综合评估指标体系。在此基础上,建立星座设计的优化模型,采用基于可行解搜索法的协同演化遗传算法并融入稳态遗传进化策略,有效地处理带有复杂计算的目标函数和约束条件的星座优化问题,计算分析实例表明利用该方法进行星座设计是非常有效的。     

基于改进IMM-UKF的弹道导弹再入段跟踪数据滤波?

针对弹道系数未知的弹道导弹再入段跟踪雷达测量数据滤波这类非线性强的滤波问题,提出可变多模型无迹卡尔曼滤波算法。利用无迹卡尔曼滤波逼近精度高,计算量小,适应于任意非线性模型的特点,将其作为多模型的基本滤波器;滤波算法根据各模型正确描述目标状态的概率,动态地改变多模型数量和模型参数。上述方法的综合运用,提高对目标状态估计精度,降低了计算的复杂度,仿真实验验证了方法的有效性。     

基于改进IMM-UKF的弹道导弹再入段跟踪数据滤波

针对弹道系数未知的弹道导弹再入段跟踪雷达测量数据滤波这类非线性强的滤波问题,提出可变多模型无迹卡尔曼滤波算法。利用无迹卡尔曼滤波逼近精度高,计算量小,适应于任意非线性模型的特点,将其作为多模型的基本滤波器;滤波算法根据各模型正确描述目标状态的概率,动态地改变多模型数量和模型参数。上述方法的综合运用,提高对目标状态估计精度,降低了计算的复杂度,仿真实验验证了方法的有效性。     

基于双波段红外辐射信息的红外机动目标跟踪算法

利用双波段IRST系统测到的目标双波段红外辐射信息,推导出目标的伪距离量测信息,使得单站IRST系统变为可观测系统;在此基础上,构建了伪量测方程,采用改进的"当前"统计模型和基于最小偏度单形采样策略的UKF算法,提出了一种基于双波段红外辐射信息的IRST机动目标跟踪算法。理论分析与仿真结果表明,该算法能够有效地跟踪机动目标,具有良好的实际应用价值。     

天基预警系统资源调度方法

对面向导弹预警任务的天基预警系统中的低轨卫星资源调度问题进行了研究.对预警任务的特性进行分析,提出了一种预警任务规划与分解方法以减少任务对资源占用时间的需求;在此基础上建立了该问题的约束满足CSP调度模型;针对该模型变量多、解空间规模庞大的特点以及对求解算法时效性的要求,设计了一种基于局部解空间跳出机制的改进型遗传算法MGA.仿真表明该模型与算法在给定时间内能够得到满意的调度方案.     

美国天基预警雷达系统发展

由于自身卫星平台的特殊性,天基预警雷达系统具有全天候、全天时、不受地域和领空限制、全球覆盖、主动探测、测量精度高、虚警率低等特点,可对弹道导弹、空间飞行器、空中或地面目标等多类目标实施预警,还可以实现大范围、多频次的对海监视,是国家级战略预警体系的重要组成部分。文章首先对美国天基预警系统的星座设计发展进行了简要介绍,然后详细阐述了美国空军L波段天基预警雷达和X波段天基预警雷达(SBR)的研究计划,分析了SBR项目取消的原因和天基预警雷达的关键技术,对我国天基预警雷达的研制具有借鉴意义。     

A split target detection and tracking algorithm for ballistic missile tracking during the re-entry phase

In the re-entry phase of a ballistic missile, decoys can be deployed as a mean to overburden enemy defenses. This results in a single track being split into multiple track-lets. Tracking of these track-lets is a critical task as any miss in the tracking procedure can become a cause of a major threat. The tracking process becomes more complicated in the presence of clutter. The low detection rate is one of the factors that may contribute to increasing the difficulty level in terms of tracking in the cluttered environment. This work introduces a new algorithm for the split event detection and target tracking under the framework of the joint integrated probabilistic data association (JIPDA) algorithm. The proposed algorithm is termed as split event-JIPDA (SE-JIPDA). This work establishes the mathematical foundation for the split target detection and tracking mechanism. The performance analysis is made under different simulation conditions to provide a clear insight into the merits of the proposed algorithm. The performance parameters in these simulations are the root mean square error (RMSE), confirmed true track rate (CTTR) and confirmed split true track rate (CSTTR).     

UKF算法及其在纯方位目标跟踪中的应用

为克服扩展卡尔曼滤波算法的缺陷,将UKF算法应用于纯方位目标跟踪问题中.该算法是一种以扩展卡尔曼滤波算法为基本框架,以贝叶斯理论和UT变换为理论基础的新型滤波算法.对UKF算法进行了深入的研究,并给出了一个纯方位目标跟踪的算例.仿真结果表明,该算法提高了滤波的稳定性和精确性,优于一般的扩展卡尔曼滤波算法,具有广泛的应用前景.     

IMM-EKF雷达与红外序贯滤波跟踪机动目标

雷达与红外数据融合能够实现信息互补,改善对目标的跟踪、识别以及提高系统的生存能力.为了解决空中目标高速机动时,单一模型的雷达/红外序贯滤波跟踪发散的问题,提出了一种基于序贯滤波和交互多模型的雷达/红外融合跟踪机动目标的方法,通过在雷达与红外序贯滤波融合中引入交互多模型来跟踪机动目标.仿真结果表明,该方法与基于最优数据压缩的雷达与红外传感器融合跟踪机动目标相比,跟踪精度明显提高,是一种雷达与红外传感器融合跟踪机动目标的有效方法.     

基于极坐标的稳定UKF单站无源目标跟踪算法研究

单站无源目标跟踪系统中存在着可观测性弱、初始误差大的问题,目标跟踪算法的稳定性和快速收敛性显得尤为重要.结合利用空频域信息的单站无源目标跟踪系统的特点,提出了一种稳定的改进UKF算法,采用一组新的状态变量替代了原有状态变量,选取径向速度作为系统状态量,并将其初始估计误差控制在一定范围内,明显改善了目标跟踪算法的稳定性和收敛性.增加二次采样过程,取代了传统UKF算法的状态变量扩展,降低了算法的计算量,实现更容易.与现有的单站元源目标跟踪算法(如EKF、UKF)相比,算法具有稳定性好、收敛速度快、跟踪误差小的特点,是一种稳定的单站无源目标跟踪算法.数值仿真结果表明了算法的正确性和有效性.     

基于PDA-UKF的杂波环境下单目标跟踪算法

提出将概率数据关联算法和不敏卡尔曼滤波相结合,用于杂波环境下的单目标跟踪。该算法同时解决了测量方程非线性情况下的滤波问题和杂波环境下的目标跟踪问题。给出了PDA-UKF算法的仿真过程,提供了一个基于距离、方位角、俯仰角的目标跟踪问题的仿真算例。理论分析与仿真结果均表明,该算法提高了滤波的稳定性和跟踪的精确性,具有较高的实用价值和广泛的应用前景。