不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪参数设计与估计方法研究

摘要

目标坐标测定仪作为一种近程防空光电目标跟踪设备，在目前各类近程防空跟踪系统中得到了广泛应用。在现实战场环境下，目标坐标测定仪在探测、跟踪目标时，常常受到自身探测能力、外部工作环境、气象条件以及跟踪目标的突然机动等实际因素的制约，存在不完全量测现象;在量测数据传输过程中，会出现较短时间的随机时延现象，如一步随机时延现象;当目标坐标测定仪经过一段时间使用后，受维护条件的约束，可能存在光轴因松动偏离，轴角编码器的轴连接部位松动等因素，还会出现随机有偏量测现象，尽管这类现象并不会立即造成目标坐标测定仪观测性能的显著失效，但是随着随机有偏现象发生概率的增加，它会使目标坐标测定仪的性能下降。本文针对上述可能出现的不利因素，基于目标坐标测定仪跟踪精度的评价需求，给出了不完全量测下目标坐标测定仪的性能评价准则;基于目标坐标测定仪工程设计需求，给出了不完全量测下目标坐标测定仪采样频率、容许量测精度的设计、计算方法;基于目标坐标测定仪维护保养的现实需求，给出了容许有偏概率设计方法;最后，基于目标坐标测定仪使用的现实需求，提出了不完全随机有偏量测下及存在一步随机延迟情形下两类估计算法:统计意义下的估计算法与自适应估计算法。本文取得的成果具体如下:
　　(1)给出了不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪跟踪性能的评价准则——Cramér-Rao下界(CRLB)。推导了不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪的评价准则的一般表达式，得到了不完全随机有偏量测下线性离散时间系统的估计评价准则，并给出了两种计算量较小的CRLB计算方法，分别讨论了两种CRLB计算方法的相关性质，为目标坐标测定仪的参数设计提供了理论依据。
　　(2)提出了一种不完全量测下目标坐标测定仪的采样频率设计方法。在分析了不完全量测下目标坐标测定仪的估计误差方差的稳态特性基础上，给出了不完全量测下误差协方差的一些性质;随后，提出了一种容许采样频率设计方法，为目标坐标测定仪的采样频率设计提供了理论依据。
　　(3)提出了一种不完全量测下目标坐标测定仪容许量测精度设计方法。首先研究了统计意义下存在不完全量测现象时的估计误差协方差的性质;随后，分析了稳态滤波误差方差与量测噪声之间的关系;最后，给出了一种不完全量测条件下目标坐标测定仪的容许量测精度设计方法，在满足期望跟踪精度的条件下，使目标坐标测定仪能容许尽可能大强度的量测噪声，从而降低对目标坐标测定仪精度选择的要求。
　　(4)提出了一种不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪容许有偏概率设计方法。首先，推导了不完全随机有偏量测下估计误差方差的表达式，给出了误差系统稳定的条件和相关性质;随后，讨论了有偏量测发生概率对目标坐标测定仪的估计性能的影响;最后，在满足跟踪精度的要求下，提出了一种容许有偏概率的求取方法。所提设计方法可为定量评估目标坐标测定仪性能提供理论依据。
　　(5)提出了不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪的估计算法及存在一步时延情形的不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪的估计算法。首先给出了不完全随机有偏量测下系统模型，提出了不完全随机有偏量测下统计意义下的估计方法与不完全随机有偏量测下的自适应估计算法;随后，利用扩维方法给出了存在一步时延情形的不完全随机有偏量测下系统模型，提出了具有一步时延的不完全随机有偏量测的统计意义下的估计方法和具有一步时延的不完全随机有偏量测下的自适应估计算法，所提算法的滤波增益均可以通过解一组递推离散时间黎卡提(Riccati)方程获得;最后，MonteCarlo仿真表明了所提估计方法的有效性。

目录

声明

摘要

符号表

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 问题的提出

1．3 目标坐标测定仪的估计问题研究现状

1．3．1 估计方法研究现状

1．3．2 估计性能评价方法研究现状

1．4 不完全量测下估计问题研究现状

1．4．1 不完全量测下估计方法研究现状

1．4．2 不完全量测下估计性能评价准则研究现状

1．5 随机有偏量测下估计问题研究现状

1．5．1 随机有偏量测下估计方法研究现状

1．5．2 随机有偏量测下估计性能评价方法研究现状

1．6 时延估计方法研究现状

1．7 本文研究的主要内容及创新点

1．7．1 本文研究的主要内容

1．7．2 本文的创新点

2 不完全量测下目标坐标测定仪的估计性能评价准则

2．1 引言

2．2 完全量测下的估计性能评价准则

2．3 不完全量测下的估计性能评价准则

2．3．1 CRLB递推式

2．3．2 线性离散时间系统的CRLB递推式

2．3．3 CRLB性质

2．4 不完全随机有偏量测下的估计性能评价准则

2．4．1 CRLB的递推式

2．4．2 线性离散时间系统的CRLB递推式

2．4．3 CRLB性质

2．5 仿真分析

2．5．1 仿真分析一

2．5．2 仿真分析二

2．5．3 仿真分析三

2．6 本章小结

3 不完全量测下目标坐标测定仪的采样频率设计

3．1 引言

3．2 问题描述

3．2．1 不完全量测下线性离散时间系统模型

3．2．2 稳态估计误差方差

3．3 稳态误差方差阵性质

3．4 容许采样间隔求取算法

3．5 仿真结果与分析

3．6 本章小结

4 不完全量测下目标坐标测定仪容许量测精度设计

4．1 引言

4．2 问题描述

4．3 稳态协方差性质

4．4 容许量测精度设计

4．5 仿真结果与分析

4．6 本章小结

5 不完全随机有偏量测下目标坐标测定仪容许有偏概率设计

5．1 引言

5．2 问题描述

5．2．1 不完全随机有偏量测下线性离散时间系统模型

5．2．2 稳态估计误差方差

5．3 稳定性分析与协方差性质

5．3．1 稳定性分析

5．3．2 协方差性质

5．4 容许有偏概率设计方法

5．5 仿真分析

5．6 本章小结

6 不完全随机有偏量测下估计算法

6．1 引言

6．2 不完全随机有偏量测下估计算法

6．2．1 问题描述

6．2．2 统计意义下估计算法

6．2．3 自适应估计算法

6．3 具有一步时延的不完全随机有偏量测下估计算法

6．3．1 统计意义下估计算法

6．3．2 自适应估计算法

6．4 仿真分析

6．4．1 不完全随机有偏量测下估计性能仿真分析

6．4．2 存在一步时延的不完全随机有偏量测下估计性能仿真分析

6．5 本章小结

7 总结与展望

参考文献

致谢

一．攻读博士学位期间发表的论文和出版著作情况

二．攻读博士学位期间参加的科研工作情况