1.一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,所述方法包括:建立观测站坐标系以及被跟踪目标运动模型,将被跟踪目标的运动状态分为有动力阶段和无动力阶段,对于跳跃滑翔轨迹的无动力阶段,建立动力学模型描述跳跃滑翔轨迹;对于跳跃滑翔轨迹的有动力阶段,建立匀加速度模型描述跳跃滑翔轨迹;将被跟踪目标运动模型组合成目标混合运动模型,并对目标加速度进行判断,当目标加速度达到设定值时,使用匀加速度模型描述目前运动状态,当目标加速度未达到设定值时,建立动力学模型描述目标跳跃滑翔轨迹;建立观测站观测模型;在单行无迹变换的无迹卡尔曼滤波算法基础上,使用基于单行sigma点算法的单行无迹变化并结合H无穷滤波算法,得到状态向量、观测向量的一步预测及协方差矩阵、互相关协方差矩阵后,引入鲁棒因子 对状态向量及协方差矩阵进行修正,得到强鲁棒无迹卡尔曼滤波算法;通过目标混合运动模型和观测模型得到目标状态方程和观测方程,并通过强鲁棒无迹卡尔曼滤波算法,进行目标的跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,所述建立观测站坐标系以及被跟踪目标运动模型包括如下步骤:设定观测站坐标系,以观测站为原点,X轴为观测站正东方向、Y轴为观测站正北方向、Z轴为观测站的竖直方向;在观测站坐标系的基础上建立动力学模型,用于描述目标在无动力阶段的跳跃滑翔轨迹;目标在无动力阶段受到气动力、重力以及地球自转引起的表视力;在观测站坐标系的基础上建立匀加速度模型,用于描述目标在有动力阶段的跳跃滑翔轨迹。
3.根据权利要求2所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,所述在观测站坐标系的基础上建立动力学模型包括:动力学模型下的目标状态向量包括观测站坐标系三个轴的位置分量、速度分量以及三个气动力系数,将三个气动力系数建模为Gauss-Markov过程,连续状态方程为:其中,坐标系三个轴的位置分量包括X轴分量 、Y轴分量 和Z轴分量 ;速度分量包括X轴速度分量 、Y轴速度分量 和Z轴速度分量 ;气动力系数包括 、 、 ;动力学模型下的目标状态向量为 , 为水平速度的分量, , 为总速度大小, , 为目标所处的大气密度, 为地球引力常数, 为目标至地心的距离, 为地球自转角速度, 为观测站的纬度, 为地球的半径, 、 、 分别为气动力系数 、 、 的零均值白噪声;将连续状态方程中等式右边的函数记为 ;对连续状态方程进行离散化,目标状态方程近似表示为: ;其中, 为离散时间步长, 、 为离散的时刻, 、 分别为目标在 、 时刻的状态向量, 为 时刻函数 对应的值。
4.根据权利要求2所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,在观测站坐标系的基础上建立匀加速度模型包括:设定匀加速度模型下目标状态向量为 , 、 和 分别为观测站坐标系X、Y、Z三个轴向下的匀加速度分量,其状态方程为: ; ; ;其中, 为离散时间步长, 、 为离散的时刻, 为与高斯白噪声强度相关的参数, 为 的协方差矩阵, 为 时刻的高斯白噪声序列, 为 时刻的目标状态向量。
5.根据权利要求1所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,将被跟踪目标运动模型组合成目标混合运动模型包括:对有动力阶段的目标加速度设置判断条件: ; ; ; ;其中, 、 、 、 、 、 分别为目标在 、 时刻在观测站坐标系下的X、Y、Z三个轴向的速度分量, 为离散时间步长, 为X轴加速度分量, 为Y轴加速度分量, 为Z轴加速度分量, 为目标的加速度大小;当目标加速度 满足上述判断条件时,描述目标的运动模型为匀加速度模型;当目标加速度 不满足上述判断条件时,描述目标的运动模型转换为动力学模型。
6.根据权利要求1所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,建立观测站观测模型包括:观测站观测模型建立在观测站球坐标系中,用观测距离 、观测方位角 、观测仰角 表示;观测距离 为观测站到目标的距离,观测方位角 为观测站与目标连线在观测站当地水平面内投影与正北向夹角,观测仰角 为观测站到目标连线与观测站当地水平面的夹角;考虑到实际工程情况,引入观测噪声,其观测模型的观测方程为: ;其中, 、 、 为目标在观测站坐标系内的位置分量, 、 、 为高斯白噪声。
7.根据权利要求6所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,所述高斯白噪声 、 和 相互独立,均值为0,且其方差恒定。
8.根据权利要求1所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,将观测站跟踪滤波过程用离散的非线性状态方程表示为: ; ;其中, 为目标状态向量, 为观测向量, 为过程噪声, 为观测噪声, 为目标运动模型对应的状态方程, 为观测模型对应的观测方程;目标状态向量 的长度为 ,观测向量 长度为 ;过程噪声 为互不相关的白噪声向量,均值为零,方差矩阵为 ;观测噪声 为互不相关的白噪声向量,均值为零,方差矩阵为 ;所述强鲁棒无迹卡尔曼滤波算法的计算步骤为:基于单行sigma点算法生成 个权值系数 以及sigma点 : ;其中, 为依次取值为1至 的变量, 为权值系数;初始化一元向量为: ;对于 ,向量 为: ;构造sigma点 : ;其中, 为 时刻状态向量的协方差矩阵, 为 时刻状态向量的估计值;计算 个sigma点的状态传播: ;其中, 为状态方程;计算状态向量的一步预测及协方差矩阵: ;其中, 为过程噪声 的方差矩阵, 为时刻, 为权值系数, 为依次取值为1至 的变量, 为状态向量的一步预测值, 为 的协方差矩阵, 为过程噪声 的方差矩阵;重新构造sigma点: ;其中, 为状态向量的一步预测值, 为 的协方差矩阵, 为依次取值为1至 的变量, 为构造sigma点所需的向量;计算 个sigma点的观测传播: ;其中, 为观测方程;计算观测的一步预测及协方差矩阵: ;其中, 为离散时刻, 为依次取值为1至 的变量, 为权值系数, 为观测噪声 的方差矩阵, 为观测向量。
9.根据权利要求8所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,所述状态向量以及协方差矩阵修正包括: ;其中, 为时刻, 、 为 时刻一步预测的状态向量及对应协方差矩阵, 、 为 时刻一步预测的观测向量及对应协方差矩阵, 为状态向量在 时刻的估计值, 为 时刻的观测向量、 为增益矩阵、 为 时刻观测噪声对应的方差矩阵, 为 时刻的状态向量与观测向量的互相关协方差矩阵, 为鲁棒因子, 为鲁棒增益矩阵, 和 两者能对状态向量以及相应协方差进行修正。
10.根据权利要求9所述的一种跳跃滑翔轨迹强跟踪方法,其特征在于,参数 满足如下条件: ;其中 函数用于计算矩阵特征值, 为时刻, 为 时刻一步预测的协方差矩阵, 为 时刻的状态向量与观测向量的互相关协方差矩阵, 为鲁棒增益矩阵。