CN109752023B - 一种目标运动状态快速估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种目标运动状态快速估计方法，本发明的技术方案为：在每一采集周期内，均对目标进行实际运动状态测量，具体为：在一个采集周期内，采用激光测距机测量目标距离；采用CCD自动跟踪装置测量目标相对CCD的视场中心线高低角和方位角；采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度；计算当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；对目标进行下一采集周期的运动状态预测，如果上一采集周期预测的运动状态与实际运动状态的误差在设定的范围内，则判定预测的运动状态准确；若连续N个采集周期预测的运动状态均准确，则将对第N及后续采集周期预测的运动状态输出作为对目标运动状态的估计结果。

Description

一种目标运动状态快速估计方法

技术领域

本发明属于目标运动状态探测领域，具体来说，涉及一种目标运动状态估计方法。

背景技术

随着技术的发展，越来越多的制导武器采用对被打击目标运动状态进行估计的制导律来打击运动目标。因此，目标运动状态估计的快速性和准确性对制导武器打击目标的效果具有关键影响，而对目标运动信息的探测方案和目标运动状态的预估算法，又是影响目标运动状态估计快速性和准确性的关键因素。

目前对目标运动状态的探测方案中，主要有机械瞄准具探测和光电系统探测两大类。机械瞄准具需要射手手动操作准确跟踪目标，这种探测方案对应的目标运动状态估计算法认为：目标的运动状态由瞄准具相对惯性系的旋转角速度来表征。这种方法的不足之处在于：过于依赖射手的操作，当射手不能准确稳定跟踪目标时，就意味着探测的目标运动状态与目标实际运动状态不符，这就会导致算法不能对目标的运动状态进行准确的估计。目前采用光电系统探测目标运动状态的实现方案，主要以纯视觉信息处理为主(如双目视觉)，这些方案对目标运动状态的探测较为准确，但是其往往需要复杂的光电设备和算法作为支撑，这就意味着这些方法在进行运动状态估计时消耗的时间较长。这种方法的时间消耗在近程作战系统中是不被允许的。

因此目前需要一种能够在保证较高估计精度的前提下，以较少的时间和较小的操作难度来完成目标运动状态的估计的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种目标运动状态快速估计方法，能够实现在保证较高估计精度的前提下，以较少的时间和较小的操作难度来完成目标运动状态的估计。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：在每一采集周期内，均对目标进行实际运动状态测量，并对目标进行下一采集周期的运动状态预测。

其中对目标进行实际运动状态测量，具体为：

在一个采集周期内，采用激光测距机测量目标距离；采用电荷耦合器件CCD自动跟踪装置测量目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角；采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度；根据目标距离、目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度计算当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；其中当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度作为测量得到的当前采集周期内目标的实际运动状态。

对目标进行下一采集周期的运动状态预测，具体为：

根据当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，预测目标在下一采集周期的运动状态，包括下一采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度和加速度作为预测的运动状态。

将同一采集周期内的目标的实际运动状态与上一采集周期预测的运动状态进行比对，如果上一采集周期预测的运动状态与实际运动状态的误差在设定的范围内，则判定上一采集周期预测的运动状态准确，否则判定上一采集周期预测的运动状态不准确；设定的范围依据经验值设定。

若连续N个采集周期预测的运动状态均准确，则将对第N及后续采集周期预测的运动状态输出作为对目标运动状态的估计结果；其中N值根据经验值设定。

进一步地，采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度，具体包括如下步骤：

S1、采用CCD自动跟踪装置对目标进行跟踪，当目标连续设定帧出现在CCD自动跟踪装置视场范围内时，锁定目标，利用CCD自动跟踪装置对目标进行自动跟踪；设定帧的数量根据经验值设定；

S2、建立惯性坐标系：

在CCD自动跟踪装置锁定目标时刻，将惯性器件所在位置为惯性坐标系的原点O，惯性坐标系的三个轴Ox、Oy以及Oz分别为锁定目标时刻惯性器件的三个陀螺的敏感轴方向，三个敏感轴正交并构成右手坐标系。

建立CCD坐标系：

CCD坐标系的原点与惯性坐标系原点重合，CCD坐标系的三个轴Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴；其中Ox₁轴与CCD自动跟踪装置的视场中心线重合，沿视场中心线指向视场前方为正，Oy₁轴在CCD自动跟踪装置本体上设定，Oz₁轴与Ox₁轴、Oy₁轴两轴垂直并构成右手坐标系。

S3、CCD自动跟踪装置与惯性坐标系的相对关系采用滚转角γ、俯仰角θ和偏航角ψ表达：

滚转角γ为：CCD坐标系Oy₁轴与包含Ox₁轴且垂直于面Oxz的平面，即Ox'z'平面的夹角，沿Ox₁轴顺正方向前视，若Oy₁轴在Ox'z'平面右侧，则γ为正；反之为负。

俯仰角θ为：Ox₁轴与Oxz平面的夹角，Ox₁轴指向Oxz平面上方，θ角为正；反之为负。

偏航角ψ为：Ox₁轴在Oxz平面内的投影Ox'轴与Ox轴之间的夹角，迎Oy轴俯视，若由Ox轴转至Ox'轴是逆时针旋转，则ψ角为正；反之为负；

将CCD坐标系的坐标转换为惯性坐标系中坐标的转换矩阵L(γ,θ,ψ)为：

进一步地，在一个采集周期内，采用激光测距机测量目标距离；采用电荷耦合器件CCD自动跟踪装置测量目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角；采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度；根据目标距离、目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度计算当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，具体步骤为：

一个采集周期内：

采用激光测距机测量4次目标距离分别记为R₁、R₂、R₃和R₄；

采用CCD自动跟踪装置测量4次目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线的高低角和方位角；其中4次高低角分别记为：ε₁、ε₂、ε₃和ε₄和4次方位角分别记为β₁、β₂、β₃和β₄；

采用惯性器件测量4次CCD自动跟踪装置相对惯性坐标系的运动角速度，包括4次滚转角速度分别记为ω_x1、ω_x2、ω_x3和ω_x4，4次俯仰角速度分别记为ω_z1、ω_z2、ω_z3和ω_z4，4次偏航角速度ω_y1、ω_y2、ω_y3和ω_y4，解算到的4次滚转角分别为γ₁、γ₂、γ₃和γ₄，4次俯仰角分别为θ₁、θ₂、θ₃和θ₄，4次偏航角分别为ψ₁、ψ₂、ψ₃和ψ₄；

计算目标在惯性坐标系中的位置：

第i次测量中，目标在CCD坐标系中的坐标为

i为测量次数，i＝1、2、3和4：

将CCD坐标系中的坐标转换到惯性坐标系中，则第i次测量中，目标在惯性坐标系中的坐标为(xⁱ、yⁱ、zⁱ)：

以每个采集周期的最后一个采样时刻的位置作为当前采集周期的目标在惯性坐标系中位置(x、y、z)，则有：

计算目标在惯性坐标系中的速度：

目标在CCD坐标系中Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴的速度分量分别为

j＝1、2、3；Δt为两次测量的间隔时间。

CCD坐标系相对与惯性坐标系的平均姿态角速度为：

分别为CCD坐标系相对与惯性坐标系的平均滚转角速度、平均偏航角速度以及平均俯仰角速度。

则目标到CCD坐标系原点的距离为：

分别为第j次测量目标到CCD坐标系Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴的距离。

目标的牵连速度为：

所以第j次测量中，目标在惯性坐标系中的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量分别为

以及

以当前采集周期的平均速度作为当前采集周期目标的速度，即目标在惯性坐标系中速度为(V_x、V_y、V_z)，V_x、V_y、V_z分别为目标在惯性坐标系中的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量，则有：

计算目标在惯性坐标系中的加速度：

对目标在惯性坐标系中的速度进行微分计算可得：

i'＝1,2

其中

为第i'、i'⁺¹次测量时刻间的加速度在惯性坐标系的三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量，以当前采集周期的平均加速度作为当前采集周期的目标加速度，则有：

计算目标在惯性坐标系中的加加速度：

对目标在惯性坐标系中的加速度进行微分计算可得：

分别为目标在惯性坐标系中的加加速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

进一步地，根据当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，预测目标在下一采集周期的运动状态，具体为：

当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置为(x,y,z)，速度：(V_x,V_y,V_z)，加速度：(a_x,a_y,a_z)，加加速度：(J_x,J_y,J_z)。

预测的目标在下一采集周期的加速度：

其中

分别为预测的目标在下一采集周期的加速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

预测的目标在下一采集周期的速度：

分别为预测的目标在下一采集周期的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

预测的目标在下一采集周期的位置：

x^pre、y^pre、z^pre分别为预测的目标在下一采集周期的位置在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

有益效果：

本发明中采用激光测距机、CCD自动跟踪装置和惯性器件探测目标运动状态的复合探测，相比于人工机械瞄准探测，对目标实际运动状态的探测更为精确；同时，相比于目前广泛使用的纯光电探测，避免了由于目标运动状态探测手段单一造成的目标运动状态预测算法复杂，使目标运动状态估计具有快速性，提高了战场适应性和生存能力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种目标运动状态快速估计方法流程图。

图2为惯性坐标系和CCD自动跟踪装置坐标系相对关系示意图。

图3为本发明实施例中实现装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种目标运动状态快速估计方法，该方法的基本原理为：

在每一采集周期内，均对目标进行实际运动状态测量，并对目标进行下一采集周期的运动状态预测。

其中对目标进行实际运动状态测量，采取如下具体方法：在一个采集周期内，采用激光测距机测量目标距离；采用电荷耦合器件CCD自动跟踪装置测量目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角；采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度。

根据目标距离、目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度计算当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；其中当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度作为测量得到的当前采集周期内目标的实际运动状态。

对目标进行下一采集周期的运动状态预测，具体为：

根据当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，预测目标在下一采集周期的运动状态，包括下一采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度和加速度作为预测的运动状态。

将一个采集周期内的目标的实际运动状态与上一采集周期预测的运动状态进行比对，如果上一采集周期预测的运动状态与实际运动状态的误差在设定的范围内，则判定上一采集周期预测的运动状态准确，否则判定上一采集周期预测的运动状态不准确；设定的范围依据经验值设定。

依据上述基本原理，本发明实施例给出一种具体的实现方式，该实施例仅为解释说明上述基本原理，并不是对本发明保护范围的限定。

具体包括如下步骤：

S1、捕获目标：采用CCD自动跟踪装置对目标进行跟踪，当目标连续设定帧出现在CCD自动跟踪装置视场范围内时，锁定目标，利用CCD自动跟踪装置对目标进行自动跟踪；设定帧的数量根据经验值设定；

S2、确定坐标系。

建立惯性坐标系：

在CCD自动跟踪装置锁定目标时刻，将惯性器件所在位置为惯性坐标系的原点O，惯性坐标系的三个轴Ox、Oy以及Oz分别为锁定目标时刻惯性器件的三个陀螺的敏感轴方向，三个敏感轴正交并构成右手坐标系；

建立CCD坐标系：

CCD坐标系的原点与惯性坐标系原点重合，CCD坐标系的三个轴Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴；其中Ox₁轴与CCD自动跟踪装置的视场中心线重合，沿视场中心线指向视场前方为正，Oy₁轴在CCD自动跟踪装置本体上设定，Oz₁轴与Ox₁轴、Oy₁轴两轴垂直并构成右手坐标系；

S3、采集第i个采集周期的目标实际运动状态计算参数，包括目标距离、目标相对CCD的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度。

其中CCD自动跟踪装置与惯性坐标系的相对关系，如图2所示，采用滚转角γ、俯仰角θ和偏航角ψ表达：

滚转角γ为：CCD坐标系Oy₁轴与包含Ox₁轴且垂直于面Oxz的平面，即Ox'z'平面的夹角，沿Ox₁轴顺正方向前视，若Oy₁轴在Ox'z'平面右侧，则γ为正；反之为负。

俯仰角θ为：Ox₁轴与Oxz平面的夹角，Ox₁轴指向Oxz平面上方，θ角为正；反之为负。

偏航角ψ为：Ox₁轴在Oxz平面内的投影Ox'轴与Ox轴之间的夹角，迎Oy轴俯视，若由Ox轴转至Ox'轴是逆时针旋转，则ψ角为正；反之为负。

将CCD坐标系的坐标转换为惯性坐标系中坐标的转换矩阵L(γ,θ,ψ)为：

本发明实施例中：采用激光测距机测量4次目标距离分别记为R₁、R₂、R₃和R₄。

采用CCD自动跟踪装置测量4次目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线的高低角和方位角；其中4次高低角分别记为：ε₁、ε₂、ε₃和ε₄和4次方位角分别记为β₁、β₂、β₃和β₄。

采用惯性器件测量4次CCD自动跟踪装置相对惯性坐标系的运动角速度，包括4次滚转角速度分别记为ω_x1、ω_x2、ω_x3和ω_x4，4次俯仰角速度分别记为ω_z1、ω_z2、ω_z3和ω_z4，4次偏航角速度ω_y1、ω_y2、ω_y3和ω_y4，解算到的4次滚转角分别为γ₁、γ₂、γ₃和γ₄，4次俯仰角分别为θ₁、θ₂、θ₃和θ₄，4次偏航角分别为ψ₁、ψ₂、ψ₃和ψ₄。

S4、计算第i个采集周期的目标实际运动状态参数。

根据目标距离、目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度计算当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；其中当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度作为测量得到的当前采集周期内目标的实际运动状态。

计算目标在惯性坐标系中的位置：

第i次测量中，目标在CCD坐标系中的坐标为

i为测量次数，i＝1、2、3和4：

将CCD坐标系中的坐标转换到惯性坐标系中，则第i次测量中，目标在惯性坐标系中的坐标为(xⁱ、yⁱ、zⁱ)：

以每个采集周期的最后一个采样时刻的位置作为当前采集周期的目标在惯性坐标系中位置(x、y、z)，则有：

计算目标在惯性坐标系中的速度：

目标在CCD坐标系中Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴的速度分量分别为

j＝1、2、3；Δt为两次测量的间隔时间。

CCD坐标系相对与惯性坐标系的平均姿态角速度为：

分别为CCD坐标系相对与惯性坐标系的平均滚转角速度、平均偏航角速度以及平均俯仰角速度；

则目标到CCD坐标系原点的距离为：

分别为第j次测量目标到CCD坐标系Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴的距离；

目标的牵连速度为：

所以第j次测量中，目标在惯性坐标系中的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量分别为

以及

以当前采集周期的平均速度作为当前采集周期目标的速度，即目标在惯性坐标系中速度为(V_x、V_y、V_z)，V_x、V_y、V_z分别为目标在惯性坐标系中的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量，则有：

计算目标在惯性坐标系中的加速度：

对目标在惯性坐标系中的速度进行微分计算可得：

i'＝1,2

其中

为第i'、i'⁺¹次测量时刻间的加速度在惯性坐标系的三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量，以当前采集周期的平均加速度作为当前采集周期的目标加速度，则有：

计算目标在惯性坐标系中的加加速度：

对目标在惯性坐标系中的加速度进行微分计算可得：

分别为目标在惯性坐标系中的加加速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

S5、预测第i+1个采集周期的目标运动状态参数，具体为：

根据当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，预测目标在下一采集周期的运动状态，包括下一采集周期内目标在惯性坐标系中的位置、速度和加速度作为预测的运动状态。

本发明实施例中，当前采集周期内目标在惯性坐标系中的位置：(x^T1,y^T1,z^T1)，速度：

加速度：

加加速度：

预测的目标在下一采集周期的加速度：

其中

分别为预测的目标在下一采集周期的加速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

预测的目标在下一采集周期的速度：

分别为预测的目标在下一采集周期的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

预测的目标在下一采集周期的位置：

x^pre、y^pre、z^pre分别为预测的目标在下一采集周期的位置在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

S6、采用S3的方法采集第i+1个采集周期的目标实际运动状态计算参数。

S7、采用S4的方法计算第i+1个采集周期的目标实际运动状态参数。

S8、计算S7中计算的第i+1个采集周期的目标实际运动状态参数与S5中预测第i+1个采集周期的目标运动状态参数之间的误差，若误差在设定的范围内，则判定第i个采集周期预测的运动状态准确，将设定的连续准确次数n自增1，否则判定第i个采集周期预测的运动状态不准确，将设定的连续准确次数n赋值为0；设定的范围依据经验值设定。其中连续准确次数n初始值为0；

本发明实施例中，获取的下一个采集周期的目标实际运动状态，分别记为：位置：(x^T2,y^T2,z^T2)，速度：

加速度：

加加速度：

将当前采集周期的位置、速度及加速度与本步骤中采集计算得到的目标实际位置、速度及加速度作比对。设位置允许误差范围为|δ_r|，速度允许误差范围为|δ_V|，加速度允许误差范围为|δ_a|。单次周期目标运动状态预测准确性判定规则如下：

条件一：

条件二：

条件三：

如果同时满足以上三个条件，则判定上一个周期预测的目标运动状态是准确的，否则判定为不准确。

S9、判断连续准确次数n是否等于设定的N，若等于即表示连续N个采集周期预测的运动状态均准确，则将对第N及后续采集周期预测的运动状态输出作为对目标运动状态的估计结果，否则i自增1返回S3；其中N值根据经验值设定。

本发明实施例可以采用如图3所示的装置对目标进行运动状态的采集，其中将惯性器件(即三自由度陀螺)设置于一个壳体内部，将CCD自动跟踪装置和激光测距机固定安装于壳体外部。

综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种目标运动状态快速估计方法，其特征在于，包括：

在每一采集周期内，均对目标进行实际运动状态测量，并对目标进行下一采集周期的运动状态预测；

其中所述对目标进行实际运动状态测量，具体为：

在一个采集周期内，采用激光测距机测量目标距离；采用电荷耦合器件CCD自动跟踪装置测量目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角；采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度；根据所述目标距离、目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度计算当前采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息；其中当前采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度作为测量得到的当前采集周期内目标的实际运动状态；

所述对目标进行下一采集周期的运动状态预测，具体为：

根据当前采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，预测所述目标在下一采集周期的运动状态，包括下一采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置、速度和加速度作为预测的运动状态；

将同一采集周期内的目标的实际运动状态与上一采集周期预测的运动状态进行比对，如果上一采集周期预测的运动状态与实际运动状态的误差在设定的范围内，则判定上一采集周期预测的运动状态准确，否则判定上一采集周期预测的运动状态不准确；所述设定的范围依据经验值设定；

若连续N个采集周期预测的运动状态均准确，则将对第N及后续采集周期预测的运动状态输出作为对目标运动状态的估计结果；其中N值根据经验值设定。

2.如权利要求1所述的一种目标运动状态快速估计方法，其特征在于，所述采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度，具体包括如下步骤：

S1、采用所述CCD自动跟踪装置对目标进行跟踪，当目标连续设定帧出现在所述CCD自动跟踪装置视场范围内时，锁定目标，利用所述CCD自动跟踪装置对目标进行自动跟踪；所述设定帧的数量根据经验值设定；

S2、建立惯性坐标系：

在所述CCD自动跟踪装置锁定目标时刻，将惯性器件所在位置为惯性坐标系的原点O，惯性坐标系的三个轴Ox、Oy以及Oz分别为所述锁定目标时刻惯性器件的三个陀螺的敏感轴方向，三个敏感轴正交并构成右手坐标系；

建立CCD坐标系：

所述CCD坐标系的原点与所述惯性坐标系原点重合，CCD坐标系的三个轴Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴；其中Ox₁轴与CCD自动跟踪装置的视场中心线重合，沿视场中心线指向视场前方为正，Oy₁轴在CCD自动跟踪装置本体上设定，Oz₁轴与Ox₁轴、Oy₁轴两轴垂直并构成右手坐标系；

S3、CCD自动跟踪装置与惯性坐标系的相对关系采用滚转角γ、俯仰角θ和偏航角ψ表达：

所述滚转角γ为：CCD坐标系Oy₁轴与包含Ox₁轴且垂直于面Oxz的平面，即Ox’z’平面的夹角，沿Ox₁轴顺正方向前视，若Oy₁轴在Ox’z’平面右侧，则γ为正；反之为负；

所述俯仰角θ为：Ox₁轴与Oxz平面的夹角，Ox₁轴指向Oxz平面上方，θ角为正；反之为负；

所述偏航角ψ为：Ox₁轴在Oxz平面内的投影Ox’轴与Ox轴之间的夹角，迎Oy轴俯视，若由Ox轴转至Ox’轴是逆时针旋转，则ψ角为正；反之为负；

将CCD坐标系的坐标转换为惯性坐标系中坐标的转换矩阵L(γ,θ,ψ)为：

3.如权利要求2所述的一种目标运动状态快速估计方法，其特征在于，在一个采集周期内，采用激光测距机测量所述目标距离；采用电荷耦合器件CCD自动跟踪装置测量目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角；采用惯性器件测量CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度；根据所述目标距离、目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线高低角和方位角、以及CCD自动跟踪装置相对于惯性坐标系的运动角速度计算当前采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，具体步骤为：

一个采集周期内：

采用激光测距机测量4次目标距离分别记为R₁、R₂、R₃和R₄；

采用CCD自动跟踪装置测量4次目标相对CCD自动跟踪装置的视场中心线的高低角和方位角；其中4次高低角分别记为：ε₁、ε₂、ε₃和ε₄和4次方位角分别记为β₁、β₂、β₃和β₄；

采用惯性器件测量4次CCD自动跟踪装置相对惯性坐标系的运动角速度，包括4次滚转角速度分别记为ω_x1、ω_x2、ω_x3和ω_x4，4次俯仰角速度分别记为ω_z1、ω_z2、ω_z3和ω_z4，4次偏航角速度ω_y1、ω_y2、ω_y3和ω_y4，解算到的4次滚转角分别为γ₁、γ₂、γ₃和γ₄，4次俯仰角分别为θ₁、θ₂、θ₃和θ₄，4次偏航角分别为ψ₁、ψ₂、ψ₃和ψ₄；

计算目标在惯性坐标系中的位置：

第i次测量中，目标在CCD坐标系中的坐标为

i为测量次数，i＝1、2、3和4：

将CCD坐标系中的坐标转换到惯性坐标系中，则第i次测量中，目标在惯性坐标系中的坐标为(xⁱ、yⁱ、zⁱ)：

以每个采集周期的最后一个采样时刻的位置作为当前采集周期的目标在惯性坐标系中位置(x、y、z)，则有：

计算目标在惯性坐标系中的速度：

目标在CCD坐标系中Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴的速度分量分别为

Δt为两次测量的间隔时间；

CCD坐标系相对与惯性坐标系的平均姿态角速度为：

分别为CCD坐标系相对与惯性坐标系的平均滚转角速度、平均偏航角速度以及平均俯仰角速度；

则目标到CCD坐标系原点的距离为：

分别为第j次测量目标到CCD坐标系Ox₁轴、Oy₁轴以及Oz₁轴的距离；

目标的牵连速度为：

所以第j次测量中，目标在惯性坐标系中的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量分别为

以及

以当前采集周期的平均速度作为当前采集周期目标的速度，即目标在惯性坐标系中速度为(V_x、V_y、V_z)，V_x、V_y、V_z分别为目标在惯性坐标系中的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量，则有：

计算目标在惯性坐标系中的加速度：

对目标在惯性坐标系中的速度进行微分计算可得：

其中

为第i'、i'+1次测量时刻间的加速度在惯性坐标系的三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量，以当前采集周期的平均加速度作为当前采集周期的目标加速度，则有：

计算目标在惯性坐标系中的加加速度：

对目标在惯性坐标系中的加速度进行微分计算可得：

(J_x、J_y、J_z)分别为目标在惯性坐标系中的加加速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

4.如权利要求3所述的一种目标运动状态快速估计方法，其特征在于，所述根据当前采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置、速度、加速度和加加速度信息，预测所述目标在下一采集周期的运动状态，具体为：

所述当前采集周期内所述目标在惯性坐标系中的位置为(x,y,z)，速度：(V_x,V_y,V_z)，加速度：(a_x,a_y,a_z)，加加速度：(J_x,J_y,J_z)；

预测的目标在下一采集周期的加速度：

其中

分别为预测的目标在下一采集周期的加速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量；

预测的目标在下一采集周期的速度：

分别为预测的目标在下一采集周期的速度在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量；

预测的目标在下一采集周期的位置：

x^pre、y^pre、z^pre分别为预测的目标在下一采集周期的位置在三个轴Ox、Oy以及Oz上的分量。

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