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《基于遞推更新卡爾曼濾波的磁偶極子目標跟蹤》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、2017年9月北京航空航天大學(xué)學(xué)報Scptember2017第43卷第9期JournalofBeijingUniversityofAcronauticsandAstronauticsV01．43No．9http：／／bhxb．buaa．edu．C／1jbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2016．0694基于遞推更新卡爾曼濾波的磁偶極子目標跟蹤吳垣甫，孫躍4(重慶大學(xué)自動化學(xué)院，重慶400044)摘要：針對磁性目標跟蹤問題，以磁偶極子等效場源模型為基礎(chǔ)，建立
2、磁性目標跟蹤的離散狀態(tài)空間模型，將磁偶極子目標實時跟蹤問題轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間模型的濾波估值問題。針對磁性目標初始條件難以獲得且現(xiàn)有卡爾曼類濾波算法在大初始誤差條件下容易出現(xiàn)發(fā)散的問題，提出一種遞推觀測更新的卡爾曼濾波算法，將現(xiàn)有的一步觀測更新描述為遞推更新過程，等效降低大初始誤差帶來的大非線性誤差。仿真與實測數(shù)據(jù)測試結(jié)果表明，本文算法具有良好的精度和收斂性，能夠有效抑制磁偶極子跟蹤中由于大初始誤差導(dǎo)致的濾波發(fā)散，適于實際應(yīng)用。關(guān)鍵詞：磁偶極子；跟蹤；非線性濾波；線性化；卡爾曼濾波器中圖分類號：TP202文獻標識碼
3、：A文章編號：1001—5965(2017)09—1805—08磁偶極于跟蹤問題主要有解析反演¨?、離線尋優(yōu)¨o以及濾波估值“¨3類求解方法。濾波算法由于能夠從帶噪觀測數(shù)據(jù)中實時估計目標狀態(tài)，因此得到了較為廣泛的研究。采用濾波算法進行磁偶極子跟蹤的主要困難在于高維、強非線性條件下的濾波初始條件不易確定，而初始條件恰是決定磁偶極子跟蹤性能的關(guān)鍵因素。81。對于磁偶極子跟蹤這樣的高維、強非線性和大初始誤差的濾波估計問題，粒子濾波”。雖然能夠克服非線性問題，但其所需的粒子數(shù)量仍然隨著問題維數(shù)規(guī)模的擴大呈兒何級增長”
4、?，故基本的粒子濾波算法無法用于磁性目標實時定位問題。目前已有研究采用了號爾曼濾波算法來建議分布抽樣，再進行重采樣的解決方案，但在實時應(yīng)用時計算量仍過大，且在權(quán)值計算中需要很高的數(shù)位精度，這對于實際實現(xiàn)也是不利的H“。相比粒子濾波，在相同的初始條件下，卡爾曼類濾波器，如基于直接線性化的擴展卡爾曼濾波器(ExtendedKalmanFilter，EKF)”“、基于Sigma點近似方法的無跡卡爾曼濾波器(Unseent—edKalmanFilter，UKF)【1引和求容積卡爾曼濾波器(CubatureKalman
5、Filter，CKF)。1“，對于維數(shù)并不敏感，且遠遠高于粒子濾波的計算效率。然而對于本文研究的磁性目標跟蹤，由于目標模型自身的高階非線性，使得現(xiàn)有卡爾曼類濾波算法中的高斯矩近似方法在大初始誤差條件下精度嚴重下降¨“，僅在給定精確初始條件下才能正常運行，否則將出現(xiàn)濾波發(fā)散。而實際應(yīng)用的初始值通常難以先驗得知。本文以磁偶極子等效場源模型為基礎(chǔ)，建立磁性目標跟蹤的離散狀態(tài)空間模型，將磁偶極子目標實時跟蹤問題轉(zhuǎn)化為狀態(tài)空間模型的濾波估值問題；針對現(xiàn)有卡爾曼類濾波算法在大初始誤差條件下容易出現(xiàn)發(fā)散的問題，提出一種遞推
6、觀測更新卡爾曼濾波算法，將現(xiàn)有的一步觀測更新變換為遞推更新過程，等效降低模型非線性程收稿日期：2016田8—30；錄用日期：2016·10-28；網(wǎng)絡(luò)出版時間：201611-2908：55網(wǎng)絡(luò)出版地址：WWW．enki．net／kcms／detail／11．2625V201611290855．002．himl基金項目：國家自然科學(xué)基金(51509252)$通訊作者：E-mail：syue06@cqu．educn弓t胃格式：吳垣甫．孫躍，基f遞推夏新卡爾曼濾波的磁偶極子魯標跟蹤[
7、1．北京航空航天大學(xué)學(xué)報，20
8、17．43(9)：1805—1812．WUYF，SUNYMagneticdipoletargettrackingbasedODreolllslveupdateKalmanfilter[J]．JournalofBeltingUniversityofAero—nauficsandAs打口nau“cs，2017，43p)：1805-1812(inChinese)．1806北京航空航天大學(xué)學(xué)報度；分別通過仿真實驗與實測的運動車輛磁場數(shù)據(jù)驗證了本文提出算法的有效性與優(yōu)越性。1磁性目標跟蹤的狀態(tài)空間描述利用目標磁場信息進
9、行無源被動跟蹤，實質(zhì)上是根據(jù)事先建立的磁性目標信號數(shù)學(xué)模型，通過對某一觀測時刻磁場信號的反演計算，實時估計出下一觀測時刻到來之前目標位置、速度和磁矩等參數(shù)的連續(xù)過程。岡此，奉節(jié)首先建立磁性目標的等效數(shù)學(xué)模型。磁性目標跟蹤是通過磁傳感器捕獲的測量值來估計目標位置、速度和磁矩等信息的連續(xù)過程。南丁靜磁信號的快衰減特性，其作用范圍比較受限，因此應(yīng)用場合一般為低動態(tài)目標跟蹤(如普通車輛、艦船等)，其運動狀態(tài)
