Сопровождение маневрирующих целей с использованием многомодельного алгоритма с переменной структурой

Введение. В последние годы большое внимание уделяется разработке методов траекторной фильтрации для сопровождения маневрирующих целей. Общепризнанными методами фильтрации параметров траекторий маневрирующих целей являются многомодельные (Multiply-Model – ММ) алгоритмы. Традиционные ММалгоритмы имеют фиксированную структуру. Однако для высокоманевренных целей приходится использовать достаточно большой набор моделей, перекрывающий весь диапазон возможных маневров, при том что увеличение числа моделей не гарантирует повышение точности сопровождения. Для преодоления указанных проблем были предложены MM-алгоритмы с переменной структурой (Variable Structure MM – VSMM). В настоящей статье для сопровождения надводных целей, совершающих поворот с постоянной скоростью, предлагаются два алгоритма VSMM. Это алгоритмы с переменным набором моделей, использующие методы адаптивной сетки и переключения сетки.
Цель работы. Разработка адаптивного алгоритма траекторного сопровождения, использующего модель постоянного поворота для сопровождения надводных маневрирующих объектов.
Материалы и методы. Полученный алгоритм основан на теории сеточной адаптации в MM-методах оценивания и используется для оценки компонент векторов координат и скорости надводных маневрирующих целей. Эффективность алгоритма оценивалась с помощью компьютерного статистического моделирования в среде MATLAB.
Результаты. В статье построена структура адаптивного алгоритма VSMM. Проведено моделирование, демонстрирующее работоспособность алгоритма. В рассмотренных сценариях моделирования алгоритм дает эффективные оценки векторов координат и скорости надводных маневрирующих целей.
Заключение. Результаты моделирования показывают, что использование адаптивных алгоритмов существенно повышает эффективность сопровождения по сравнению с MM-алгоритмом с фиксированной структурой и при этом экономит вычислительные ресурсы.

1. Bar-Shalom Y., Li X. R., Kirubarajan T. Estimation with Applications to Tracking and Navigation. New York: Wiley & Sons, 2001. 558 p.

2. Li X. R., Jilkov V. P. A Survey of Maneuvering Target Tracking. Part V: Multiple-Model Methods // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 2005. Vol. 41, № 4. Р. 1255–1321. doi: 10.1109/TAES.2005. 1561886

3. Рязанцев Л. Б. Многомодельное байесовское оценивание вектора состояния маневренной воздушной цели в дискретном времени // Вестн. ТГТУ. 2009. № 4. С. 729–739.

4. Blom H. A. P., Bar-Shalom Y. The interacting multiple model algorithm for systems with Markovian switching coefficients // IEEE Transactions on Automatic Control. 1988. Vol. 33, № 8. P. 780–783. doi: 10.1109/9.1299

5. Li X. R., Bar-Shalom Y. Design of an interacting multiple model algorithm for air traffic control tracking // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 1993. Vol. 1, № 3. P. 186–194. doi: 10.1109/87.251886

6. Бакулев П. А., Сычев М. И., Лыу Н. Ч. Сопровождение маневрирующей цели с помощью интерактивного многомодельного алгоритма // Тр. МАИ. Электронный журн. 2002. № 9. С. 1–8. URL: https://mai.ru/publications/index.php?ID=34587 (дата обращения 11.05.23)

7. Li X. R., Bar-Shalom Y. Mode-Set Adaptation in Multiple-Model Estimators for Hybrid Systems // 1992 American Control Conf. Chicago, USA, 24–26 June 1992. IEEE, 1992. P. 1794–1799. doi: 10.23919/ACC.1992.4792420

8. Munir A., Atherton D. P. Adaptive interacting multiple model algorithm for tracking a manoeuvring target // IEE Proc. on Radar, Sonar and Navigation. 1995. Vol. 142, № 1. P. 11–17. doi: 10.1049/iprsn:19951528

9. Li X. R. Engineer’s guide to variable-structure multiple-model estimation for tracking / Multitargetmultisensor tracking: applications and advances. Vol. III. Boston: Artech House, 2000. Р. 499–567.

10. Jilkov V. P., Angelova D. S., Semerdjiev T. A. Design and comparison of mode-set adaptive IMM algorithms for maneuvering target tracking // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1999. Vol. 35, № 1. P. 343–350. doi: 10.1109/7.745704

11. Zhu Zw. Shipborne radar maneuvering target tracking based on the variable structure adaptive grid interacting multiple model // J. Zhejiang Univ. Sci. C. 2013. № 14. P. 733–742. doi: 10.1631/jzus.C1200335

12. Li X. R., Zhang Y. M., Zhi X. R. Multiplemodel estimation with variable structure. Pt. IV: Design and evaluation of model-group switching algorithm // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1999. Vol. 35, № 1. P. 242–254. doi: 10.1109/7.745695

13. Jilkov V. P., Angelova D. S., Semerdjiev Tz. A. Design and comparison of mode-set adaptive IMM algorithms for maneuvering target tracking // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems. 1999. Vol. 35, № 1. P. 343–350. doi: 10.1109/7.745704

14. Sun H.-M. Adaptive Filtering Techniques in Radar Tracking System with Variable-Structured Multiple-Model Estimator // J. of C.C.I.T. 2005. № 2. P. 27–45.

15. Li X. R., Zhao, Li X.-B. General Model-Set Design Methods for Multiple-Model Approach // IEEE Trans. on Automatic Control. 2005. Vol. 50, № 9. P. 1260–1276. doi: 10.1109/TAC.2005.854581

16. Коновалов А. А. Основы траекторной обработки радиолокационной информации. Ч. 2. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2014. 180 c.