基于测角的激光指示器载机飞行轨迹预测算法研究

1《光电技术应用》期刊论文模板说明：此“论文模板”仅供修改体例格式时参考，红色为说明性文字。基于测角信息的机动目标轨迹预测研究（3号黑体）（论文题目要精炼、醒目，一般不超过20个字。）陈海霞1，赵猷肄1，董军章2（小4号楷体）（1．光电系统信息控制技术国家级实验室，河北三河065201；2。东北电子技术研究所，辽宁锦州121000）（6号宋体）作者姓名之间用逗号隔开；单位排在姓名之下，单位名称用全称，后加逗号排所在省、市及邮编。不同的作者单位之间用分号隔开。并顺序编号，并在作者姓名右上脚用单位序号标注。摘要（小5号黑体）：在地面固定单站对机动目标的无源轨迹预测中，地面固定单站仅提供目标方位角和高低角信息，而没有提供目标距离信息。因此，目标飞行轨迹的预测只能依靠已有的角度信息进行。在无测距信息的情况下，根据匀加速运动和等高飞行2个弱条件假设，提出了仅利用测角系统测得的空中机动目标的高低角和方位角进行目标飞行轨迹预测的算法，并对算法进行了仿真测试。仿真试验结果表明该预测算法角度预测误差在毫弧度以下。（小5号宋体）摘要中一般不出现公式，去掉“本文”字样，不出现参考文献序号。中文摘要应在150字以上。关键词：测角；高低角；方位角；轨迹预测关键词尽量选用《CA》关键词表中提供的规范词，一般列3～6个关键词，词间加分号。中图分类号:TN911.73;TP391.9文献标识码:A文章编号：1673-1255（2009）04-0006-04可列出一个或一个以上中图分类号，按《中国图书分类法》第四版确定。EstimationofMobileTargetTrackBasedonAngularInformation（4号黑正体）英文题目与中文题目相对应，略云题目中的冠词，去掉“studyon”等字样。CHENHai-xia1，ZHAOYou-yi1，DONGJun-zhang2（5号白正体）（NationalLaboratoryofElectro-OpticSystemTechnology,Sanhe065201,China；2。）NortheastResearchInstituteofElectronicsTechnology，Jinzhou121000,China)（小5号白斜体）英文作者姓名之间用逗号隔开。姓用大写字母，名首字母大写，用“-”连接。单位名称用全称，不用缩写，如”Lab.”。Abstract：Inthepassiveestimationofmobiletargettrack,thestationarygroundplatformonlyprovidesangularinformationbutnodistanceinformation.So,thetargetflyingtrackmustbeestimatedsolelywiththeexistingangularinformation.Anewalgorithm,basedonuniformaccelerationandconstantaltitudeflyingmodehypothesis,ispresentedtoestimatethemobiletargettrackaccordingtothemeasuredangularinformation.Asimulationmodelwasbuilttotesttheperformanceofthealgorithm.Theexperimentalresultsshowthattheestimationalgorithmcanreducetheangularerrortomilli-radianorless.英文摘要应包括论文研究目的、方法、结果和结论的主要内容，可比中文摘要详细。摘要中首次出现缩写时应注出全称。Keywords：anglemeasurement；elevationangle；azimuthangle；trackestimation2英文关键词与中文关键词对应，首字母小写，词间用分号隔开。固定单站对机动目标的无源轨迹预测利用一个固定观测平台对机动辐射源目标进行连续测量，在获得一定测量信息的基础上，利用适当的数据处理方法预测目标在下一时刻的位置信息。在对机动目标运动特性进行合理假设的基础上，从运动学原理出发，提出了一种仅利用已测方位角和高低角信息进行轨迹预测的算法。仿真试验表明，算法能够较好的降低系统跟踪误差。（正文用5号宋体）引言应引述在这一领域的最新进展与问题，从而引出本工作的价值，引言不编号。1轨迹预测算法（4号宋体）文中的层次编号用阿拉伯数字，并以“1”、“1.1”、“1.1.1”形式编排。文中尽量不用“我们”字样。1.1算法的基本假设（5号黑体）固定观测平台的测角系统可以提供较准确的目标方位角和高低角信息，但没有对目标距离进行测量。因此，目标飞行轨迹的预测只能依靠已有的方位角和高低角信息进行。在无测距信息的前提下，提出了一种仅利用方位信息进行轨迹预测的算法。算法基于以下两点假设。（1）目标匀加速运动假设。目标运动的一阶导数为目标的运动速度，运动的二阶导数为加速度。对于常规的空间运动目标，运动方程三阶以上的高阶导数可视为零【１】。因此，算法采用了匀加速假设，只利用过去3个位置信息进行预测。（2）等高飞行假设。在算法跨越时间间隔较小的情况下，目标飞行高度变化不大。可认为目标在预测算法所跨越的时间范围内做等高飞行。1.2飞行轨迹预测算法在某一时刻t，令()t表示测角系统测得的机动目标高低角，()t表示测角系统测得的机动目标方位角，()rt表示固定观测平台与空中机动目标之间的距离，(),(),()xtytzt表示空中机动目标在固定观测平台坐标系中的位置，如图1所示。（文中的插图、图片和表格要附在正文的相应位置上，一般不超过6幅。图、表务必规整、严格、文字符号清晰。在正文中必须有与图、表呼应的文字，且叙述应与图、表结果相符。图、表依出现的顺序编号。）图1空中机动目标在固定观测平台坐标系中的位置示意图（图题为小5号黑体）图的下方须注出图序和图题。流程图、设备图要合理、简洁，注意流程图的箭头走向。照3片反差要适中，层次分明。插图尺寸一般为70mm×45mm。则()coscos()cossin()sinxtrytrztr(1)公式依出现的顺序编号。物理量注意用斜体。根据假设2），式（1）中的()zt是相对固定的。将式（1）整理消除变量r后得：()()costan()()sintanztxtztyt(2)根据假设1）有：11()(1)()(1)txttytxtxtvdtytytvdt11(1)()(1)()txttytvtvtadtvtvtadt(1)()(1)(2)(1)()(1)(2)xxxxyyyyatatatatatatatat(3)所以，在1t时刻预测得到的轨迹值为：11(1)()3()3(1)(2)(1)()3()3(1)(2)txttytxtxtvdtxtxtxtytytvdtytytyt(4)将式（2）代人式（4）中，整理后得：cos(1)cos()cos(1)cos(2)33tan()tan(1)tan(2)tan(1)sin(1)sin()sin(1)sin(2)33tan()tan(1)tan(2)tan(1)tttttttttttttttt(5)令：cos()cos(1)cos(2)33tan()tan(1)tan(2)sin()sin(1)sin(2)33tan()tan(1)tan(2)tttattttttbttt(6)4则：22(1)arctan1(1)arctanbtatab(7)式（7）给出了空中机动目标在等高等加速假设条件下飞行时，利用前３个时刻点的飞行轨迹值预测得到的下一时刻点的飞行轨迹值。2仿真试验及结果分析（4号宋体）利用MＡＴＬＡＢ对算法进行仿真。分别研究了空中机动目标在直线飞行和盘旋飞行２种典型飞行状态下算法的预测效果。2.1直线飞行仿真（5号黑体）分２种情况对空中机动目标作直线飞行时算法的预测性能进行仿真测试。第一种情况，目标作水平直线飞行。仿真模拟条件为：目标从（-120，20，1000）开始沿x轴正向作匀速直线掠过式飞行，飞行速度70m/s(量、单位和符号严格执行国家标准，不可使用非法定计量单位。引用文献数据出现非法定计量单位时，应换算成法定计量单位的关系式。数字与单位之间加空格)，预测时间8s，测角频率为20次/s。图2给出了该方式下实际测量到的高低角、方位角，预测得到的高低角、方位角以及两者之间的误差比较结果。从图2中可以看出，当目标作水平直线飞行时，预算法能够精确的给出目标下一步的方位信息。图2水平直线飞行预测算法误差比较坐标图一律采用封闭图，端线尽量取在刻度线上。横、竖坐标必须垂直，坐标刻度线的疏密程度要相近，刻度线朝向图内，去掉无数字对应的刻度线，不用背景网格线。标度数字尽量圆整，过大或过小时可用指数表示，如102、510-2。横纵坐标要给出物理量和单位。第二种情况下，目标的飞行高度随时间降低。具体仿真模拟条件为：目标从（-120，20，1000）开始做下降飞行，经过点（-80，20，990），飞行速度70m/s，预测时间8s，测角频率为20次/s。图3给出了该飞行方式下实际测量到的高低角、方位角，预测得到的高低角、方位角以及两者之间的误差比较结果。从图3中可以看出，在目标飞行高度变化的情况下，预测算法仍能够较精确的给出目标下一步的方位信息。但与水平直线飞行情况相比，误差有所增大。这主要是因为预测算法是基于等高飞行假设的，而目标飞行高度的变化破坏了等高飞行假定。图3直线非水平飞行预测算法误差比较2.2盘旋飞行仿真图4给出了目标作盘旋飞行时实际能测量到的高低角、方位角，预测得到的高低角、方位角以及两者之间的误差比较结果。仿真模拟条件为：目标从（200，1200，1000）开始绕（0，1200，1000）沿逆时针方向做匀速盘旋式飞行，飞行速度70m/s，预测时间8s，测角频率为20次/s。从图4中可以看出，当目标作盘旋飞行时，预测算法能够较好地给出目标下一步的方位信息，但与直线飞行方式相比，误差显著增大。这主要是因为预测算法是基于匀加速运动假设的，目标作匀速直线式飞行时能够很好的满足该假设，而当目标作盘旋运动时，实际飞行情况与假设出入较大。6图4盘旋飞行预测算法误差比较2.3仿真结果分析表1不同运行方式预测误差均值比较（表题为小5号黑体）飞行方式（高低角，方位角）误差均值无预测预测水平直线（33.10010，21.84310）（162.50310，163.39510）直线非水平（33.34710，21.84210）（81.68310，88.53710）盘旋（46.86810，32.41710）（72.07910，76.03710）（表格内容为小5号宋体）表的上方须注出表序和表题。表的结构应简洁，具有自明性，尽量采用三线表。表头物理量对应数据应纵向可读。表1给出了不同条件下高低角方位角误差均值。从表1中可以看出，无论在何种飞行条件下，采用预测算法后，误差降为不采用预测算法时的1%以下。预测后误差均值远低于毫弧度级，量级约为十微弧度级。改变试验条件进行了多次仿真试验均取得类似结果。3结论在固定单站对机动目标的无源跟踪过程中，延时会造成较大的系统误差，利用目标轨迹预测可以较好的降低系统误差，提高跟踪精度。利用2个弱条件假设：匀加速运动假设和等高飞行假设，设计了一种仅利用目标方位信息进行轨迹预测的算法，实现了在无测距信息条件下的目标轨迹预测。仿真结果表