CN113686299A - 一种海上动态目标定位与移速预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光电测量方法，具体涉及一种海上动态目标定位与移速预测方法，用于解决对于海上动态目标，传统目标定位方法不仅不能精准定位，并且无法获取动态目标的移动速度信息，不利于预测动态目标移动轨迹预测的不足之处。该海上动态目标定位与移速预测方法在不具备激光测距仪直接获取载机与目标之间距离的条件下，利用海平面的平稳特性，提出一种无源定位方法，实现对目标的准确定位；然后采用非线性跟踪微分器，实现对目标移动速度的滤波与估计，获取目标的精确移动速度信息；最终实现目标定位与移动速度预测。本发明可为多源融合探测、目标跟踪、轨迹预判等提供关键参考数据。

Description

一种海上动态目标定位与移速预测方法

技术领域

本发明涉及一种光电测量方法，具体涉及一种海上动态目标定位与移速预测方法。

背景技术

机载光电平台的主要功能是搭载红外、可见光、激光测距等光学探测载荷，实现对远距离目标的搜索、探测、识别、跟踪、定位等功能。目标定位是利用载体和光电平台的测量信息，实现对目标地理位置(包括目标的经度、纬度、高程)的解算，是光电平台的重要功能之一。目标定位可获取目标的地理位置信息，为多源融合探测、目标跟踪、轨迹预判等提供关键参考数据，是航空探测中的关键技术之一。

传统的目标定位方法大多是针对静态的目标，利用激光测距仪获取载体与目标之间的距离，结合载体位置、载体姿态、光电平台框架角等信息，利用几何坐标转换，解算出目标位置。另外，传统的目标定位方法主要关注对目标的经度、纬度、高程数据的解算，缺少对目标在东北天坐标系下移动速度的预测方法，无法获取目标的移动速度信息，不利于对动态目标的移动轨迹预测。

针对海上的船只、快艇等动态目标的搜索探测是机载光电平台的重要应用方向之一。大多情况下，载体与动态目标之间的距离在数十公里以上，且动态目标处于快速机动状态，但动态目标相对于陆地、海面的海拔高度无大幅度的起落，相对比较平稳，即动态目标具有“远、快、稳”的特性。传统目标定位方法需要利用激光测距仪获取载体与动态目标之间的距离，激光测距仪很难实现如此远距离的准确测距，且动态目标处于移动状态，激光测距仪的精度和稳定性很难满足，同时传统方法无法解算出动态目标的移动速度，不利于对目标轨迹的预测。

发明内容

本发明的目的是解决对于海上动态目标，传统目标定位方法不仅不能精准定位，并且无法获取动态目标的移动速度信息，不利于预测动态目标移动轨迹预测的不足之处，而提供一种海上动态目标定位与移速预测方法。

为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

一种海上动态目标定位与移速预测方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：

步骤(1)、建立基础坐标系集及转换关系：

所述基础坐标系集包括大地坐标系c、地球直角坐标系e、导航坐标系n、载机坐标系b、瞄准线坐标系s；

所述大地坐标系c采用国际地球参考系统WGS-84系统，地球上的点在大地坐标系c中表示为经度λ、纬度L、高度H；

所述地球直角坐标系e采用根据地球的参考椭球面建立的笛卡尔直角坐标系，其原点为参考椭球面的中心点位置，X轴由原点指向本初子午圈与赤道圈在椭球面上的交点，Z轴由原点指向地球北极，X轴、Y轴、Z轴服从右手坐标系法则，在地球直角坐标系e中，任意一点的坐标可表示为[x_e，y_e，z_e]；

所述大地坐标系c与地球直角坐标系e的坐标转换关系为：

其中，R_e为复数的实部，e为自然常数；

所述导航坐标系n采用东北天地理坐标系，原点为载机位置，X轴指向正东方向，Y轴指向正北方向，X轴、Y轴和Z轴服从右手坐标系法，则任意一点的坐标在导航坐标系n中可表示为[x_n，y_n，z_n]；

所述地球直角坐标系e到导航坐标系n的坐标转换关系为：

其中，

为地球直角坐标系e到导航坐标系n的转换矩阵；

所述载机坐标系b定义Y轴为机头方向，Z轴为机身正上方向，X轴、Y轴和Z轴服从右手坐标系法则，则任意一点的坐标在载机坐标系b中可表示为[x_b，y_b，z_b]；

所述导航坐标系n到载机坐标系b的坐标转换关系为：

其中，

为导航坐标系n到载机坐标系b的转换矩阵；

所述瞄准线坐标系s定义X轴为光电平台的方位框架角，Y轴为光电平台的俯仰框架角，Z轴为光电平台的横滚框架角，则任意一点的坐标在瞄准线坐标系s中可表示为[x_s，y_s，z_s]；

所述载机坐标系b到瞄准线坐标系s的坐标转换关系为：

其中，

为载机坐标系b到瞄准线坐标系s的转换矩阵；

步骤(2)、获取载机的POS信息、光电平台的框架角：

根据载机的POS机，获取载机的POS信息，其包括经度、维度、高程、北向速度、东向速度、天向速度、偏航角、俯仰角、横滚角；根据光电平台上的测角传感器，获取光电平台的框架角，其包括方位框架角和俯仰框架角；

步骤(3)、根据海平面的海拔高度稳定特性，建立载机与目标之间的距离估计模型，确定无源目标定位方法，完成对目标在大地坐标系c下的经度、纬度和高度的估计，实现目标定位功能：

(3.1)定义探测海域的平均海拔高度为H₁，载机的海拔高度为H₂，则目标在导航坐标系n下的坐标为[x_n，y_n，H₁-H₂]，目标在瞄准线坐标系s下的坐标为[0，0，r^s]，其中r^s表示目标与载机之间的距离值；

根据步骤(1)的坐标系转换关系，则

其中，

利用上式可以解算出载机与目标之间的距离r^s；

(3.2)根据步骤(1)的坐标系转换关系，利用载机与目标之间的距离值r^s，目标在地球直角坐标系e下的坐标值为：

其中，

(3.3)对目标在地球直角坐标系e下的坐标值[x_e，y_e，z_e]，采用迭代法与经度转换公式进行坐标转换，获得目标在大地坐标系c中的坐标，实现目标定位；

步骤(4)、建立非线性跟踪微分器，对其离散状态方程中的跟踪函数进行优化，建立最速离散跟踪微分器；

步骤(5)、将目标的位置数据信号输入至最速离散跟踪微分器，建立移动速度估计模型，实现对目标移速的估计：

(5.1)利用步骤(3.1)中目标在瞄准线坐标系s下的坐标[0，0，r^s]，以及载机与目标之间的距离r^s，获得目标在导航坐标系n中的坐标为：

(5.2)将在导航坐标系n下目标的东向位置x_n和北向位置y_n作为输入信号，分别输入两个与步骤(4)中结构相同的最速离散跟踪微分器，两个最速离散跟踪微分器分别实现对东向移动速度和北向移动速度的实时估计。

进一步地，步骤(1)中，

所述

的表达式如下：

所述

的表达式如下：

其中，ψ表示载机的偏航角；θ表示载机的俯仰角；γ表示载机的横滚角；

设定初始时所述载机坐标系b与所述瞄准线坐标系s重合，由载机坐标系先沿瞄准线坐标系s的X轴转动

角度，再沿瞄准线坐标系s的Y轴转动β₀角度，所述

的表达式如下：

进一步地，步骤(3.3)中，所述对目标在地球直角坐标系e下的坐标值[x_e，y_e，z_e]，采用迭代法与经度转换公式进行坐标转换，获得目标在大地坐标系c中的坐标的具体步骤为：

(3.3.1)设定北半球纬度为正，南半球纬度为负；东经为正，西经为负，则迭代公式的初值公式为：

迭代公式为：

其中，a表示地球长半轴的长度，b表示地球短半轴的长度，e表示地球偏心率；N₀表示目标位置对应的曲率半径初值，N_i表示第i次迭代目标位置对应的曲率半径；H₀表示目标位置对应的高度初值，H_i表示第i次迭代目标位置对应的高度；L₀表示目标位置对应的纬度初值，L_i表示第i次迭代目标位置对应的纬度；

重复迭代4～5次，完成对目标在大地坐标系c下的纬度L、高度H的估计；

(3.3.2)由经度转换公式直接完成对目标在大地坐标系c下经度λ的估计，经度转换公式为：

其中，λ_m表示经度的中间运算量，其表达式为

进一步地，步骤(4)中，所述建立非线性跟踪微分器，对其离散状态方程中的跟踪函数进行优化，建立最速离散跟踪微分器的具体步骤如下：

(4.1)建立非线性跟踪微分器的状态方程：

其中，r为调节跟踪速度的参数；v₀表示输入信号，即目标位置数据；sign为函数符号；

表示x₁对时间的导数，

表示x₂对时间的导数；即对非线性跟踪微分器输入信号v₀，将输出两个状态值x₁和x₂，其中状态x₁可快速跟踪输入信号v₀，状态x₂为v₀的近似微分；

(4.2)将步骤(4.1)中的状态方程离散化为：

其中，h表示采样步长，v(k)表示第k次采样的输入数据，x₁(k)、x₂(k)分别表示第k次采样的状态值，x₁(k+1)、x₂(k+1)分别表示第k+1次采样的状态值；

(4.3)为了解决高频颤振问题，对步骤(4.2)得到的离散状态方程中的跟踪函数进行改进，建立最速离散跟踪微分器为：

其中，函数fhan(x₁，x₂，r，h)表示最速控制综合函数，fhah[x₁(k)-v(k)，x₂(k)，r，h]表示函数fhan(x₁，x₂，r，h)中x₁＝x₁(k)-v(k)，x₂＝x₂(k)；

函数fhan(x₁，x₂，r，h)具体定义如下：

进一步地，步骤(5.2)中，所述两个最速离散跟踪微分器分别实现对东向移动速度和北向移动速度的实时估计的具体步骤为：将步骤(5.1)中在导航坐标系n下目标的东向位置x_n和北向位置y_n作为输入信号，分别输入两个与步骤(4.3)中结构相同的最速离散跟踪微分器；

在第一个最速离散跟踪微分器中，v(k)＝x_n(k)，状态x₂(k)可自动实现对东向速度的跟踪，即

实现对东向移动速度的实时估计；

在第二个最速离散跟踪微分器中，v(k)＝y_n(k)，状态x₂(k)可自动实现对北向速度的跟踪，即

实现对北向移动速度的实时估计。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用海平面的平稳特性，提出一种无源定位方法，实现对海上动态目标的准确定位；然后采用非线性跟踪微分器，实现对目标移动速度的滤波与估计，获取目标的精确移动速度信息；最终实现目标定位与移动速度预测；本发明可为多源融合探测、目标跟踪、轨迹预判等提供关键参考数据。

(2)相较于利用地球椭球几何关系联立方程求解的典型无源目标定位方法，本发明提出的无源目标定位方法仅需要通过单个等式方程即可直接获得载机和目标之间的距离，从而解算出目标位置，本发明方法结构更简单，计算量更小，定位精度更高。

附图说明

图1为本发明一种海上动态目标定位与移速预测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和示例性实施例对本发明作进一步地说明。

参照图1，本发明旨在针对海上动态目标的运动特性，提出一种海上动态目标定位与移速预测方法，首先在不具备激光测距仪直接获取载机与目标之间距离的条件下，利用海平面的平稳特性，提出一种无源定位方法，实现对目标的准确定位；然后采用非线性跟踪微分器，实现对目标移动速度的滤波与估计，获取目标的精确移动速度信息；最终实现目标定位与移动速度预测。

一种海上动态目标定位与移速预测方法，包括如下步骤：

步骤(1)、建立基础坐标系集及转换关系：

在本发明实施例中，基础坐标系集包括大地坐标系c、地球直角坐标系e、导航坐标系n、载机坐标系b、瞄准线坐标系s，本发明可根据具体应用场景添加或删减坐标系，不限于上述五个坐标系范围；

其中，定义大地坐标系c：采用国际地球参考系统WGS-84系统，地球上的点在大地坐标系c中表示为经度λ、纬度L、高度H；定义地球直角坐标系e：根据地球的参考椭球面，建立笛卡尔直角坐标系，其原点为参考椭球面的中心点位置，X轴由原点指向本初子午圈与赤道圈在椭球面上的交点，Z轴由原点指向地球北极，X轴、Y轴、Z轴服从右手坐标系法则，在地球直角坐标系e中，任意一点的坐标可表示为[x_e，y_e，z_e]；大地坐标系c与地球直角坐标系e的坐标转换关系为：

其中，Re为复数的实部，e为自然常数；

定义导航坐标系n：采用东北天地理坐标系，原点为载机位置，X轴指向正东方向，Y轴指向正北方向，X轴、Y轴、Z轴服从右手坐标系法则，导航坐标系n绕地球缓慢旋转，则任意一点的坐标在导航坐标系n中可表示为[x_n，y_n，z_n]；地球直角坐标系e到导航坐标系n的坐标转换关系为：

其中，

为地球直角坐标系e到导航坐标系n的转换矩阵；

定义载机坐标系b：Y轴为机头方向，Z轴为机身正上方向，X轴、Y轴和Z轴服从右手坐标系法则，则任意一点的坐标在载机坐标系b中可表示为[x_b，y_b，z_b]；导航坐标系n到载机坐标系b的坐标转换关系为：

其中，

为导航坐标系n到载机坐标系b的转换矩阵；

其中，ψ表示载机的偏航角；θ表示载机的俯仰角；γ表示载机的横滚角；

定义瞄准线坐标系s：X轴为光电平台的方位框架角，Y轴为光电平台的俯仰框架角，Z轴为光电平台的横滚框架角，则任意一点的坐标在瞄准线坐标系s中可表示为[x_s，y_s，z_s]；载机坐标系b到瞄准线坐标系s的坐标转换关系为：

其中，

为载机坐标系b到瞄准线坐标系s的转换矩阵；

本实施例中采用两轴两框架的光电平台，其X轴、Y轴、Z轴方向的安装角误差设定为零，即初始时光电平台的瞄准线坐标系s与载机坐标系b重合；由载机坐标系b先沿瞄准线坐标系s的X轴转动

角度，再沿瞄准线坐标系s的Y轴转动β₀角度，所述

的表达式如下：

步骤(2)、获取载机的POS信息、光电平台的框架角：

其中，载机的POS信息主要包括载机的经度、维度、高程、北向速度、东向速度、天向速度、偏航角、俯仰角、横滚角，可从载机的POS机读取；光电平台的框架角主要包括方位框架角和俯仰框架角，可通过光电平台框架上安装的旋转变压器或光电编码器等测角传感器获取；

步骤(3)、根据海平面的海拔高度稳定特性，建立载机与目标之间的距离估计模型，确定无源目标定位方法，完成对目标在大地坐标系c下的经度、纬度和高度的估计，实现目标定位功能：

(3.1)据调查，我国领海的巨浪高度平均在6m以下，相比于载机与目标的距离值，可忽略海浪的小幅度波动，认为海面为一个平面，且海域的平均海拔高度比较稳定，载机所探测海域的平均海拔高度可从国家测绘部门获取；探测海域的平均海拔高度表示为H₁，载机的海拔高度为H₂，则目标在导航坐标系n下的坐标为[x_n，y_n，H₁-H₂]，目标在瞄准线坐标系s下的坐标为[0，0，r^s]，其中r^s表示目标与载机之间的距离值；

根据步骤(1)的坐标系转换关系，则

其中，

上式中的第三行等式方程仅含有一个未知量r^s，利用第三行等式方程即可解算出载机与目标之间的距离值r^s；

(3.2)根据步骤(1)的坐标系转换关系，利用载机与目标之间的距离值r^s，目标在地球直角坐标系e下的坐标值为：

其中，

(3.3)目标在大地坐标系c中的坐标(即经度λ、纬度L、高度H)可根据其在地球直角坐标系e下的坐标值[x_e，y_e，z_e]，采用迭代法与经度转换公式进行坐标转换：

(3.3.1)设定北半球纬度为正，南半球纬度为负；东经为正，西经为负，则迭代公式的初值公式为：

迭代公式为：

其中，a表示地球长半轴的长度，b表示地球短半轴的长度，e表示地球偏心率；N₀表示目标位置对应的曲率半径初值，N_i表示第i次迭代目标位置对应的曲率半径；H₀表示目标位置对应的高度初值，H_i表示第i次迭代目标位置对应的高度；L₀表示目标位置对应的纬度初值，L_i表示第i次迭代目标位置对应的纬度；

通过4次的迭代，完成对目标在大地坐标系c下的纬度L、高度H的估计；

(3.3.2)由经度转换公式直接完成对目标在大地坐标系c下经度λ的估计，经度转换公式为：

其中，λ_m表示经度的中间运算量，其表达式为

步骤(4)、建立非线性跟踪微分器，对其离散状态方程中的跟踪函数进行优化，建立最速离散跟踪微分器：

经典微分器是利用信号前后采样的差值与采样周期的比值近似信号的微分，对于噪声较小的信号能够实现其微分的较好估计，而实际信号通常被随机噪声污染，例如目标随海浪随机波动，载机POS信息包含有随机噪声，经典微分器会将噪声放大，将真实微分信息淹没，无法实现对目标移动速度的稳定估计；非线性跟踪微分器具有快速跟踪能力和良好的滤波特性，能够很好的适应于具有噪声干扰的海上动态目标位置信号的跟踪和微分提取；

(4.1)建立非线性跟踪微分器的状态方程：

其中，r为调节跟踪速度的参数；v₀表示输入信号，即目标位置数据；sign为函数符号；

表示x₁对时间的导数，

表示x₂对时间的导数；即对非线性跟踪微分器输入信号v₀，将输出两个状态值x₁和x₂，其中状态x₁可快速跟踪输入信号v₀，状态x₂为v₀的近似微分；

非线性跟踪微分器的作用是快速跟踪输入信号，同时给出输入信号的微分，具备良好的噪声抑制和滤除效果；

(4.2)为了在数字计算机上实现非线性跟踪微分器的运算，将步骤(4.1)中的状态方程离散化为：

其中，h表示采样步长，v(k)表示第k次采样的输入数据，x₁(k)、x₂(k)分别表示第k次采样的状态值，x₁(k+1)、x₂(k+1)分别表示第k+1次采样的状态值；

(4.3)研究表明，直接离散化后的非线性跟踪微分器在跟踪输入信号的过程中，易发生高频颤振现象；为了解决高频颤振问题，保证跟踪微分器能够给出品质较好的微分信号，对步骤(4.2)得到的离散状态方程中的跟踪函数进行改进，建立最速离散跟踪微分器为：

其中，函数fhah(x₁，x₂，r，h)表示最速控制综合函数，fhan[x₁(k)-v(k)，x₂(k)，r，h]表示函数fhan(x₁，x₂，r，h)中x₁＝x₁(k)-v(k)，x₂＝x₂(k)；

函数fhan(x₁，x₂，r，h)具体定义如下：

步骤(5)、将目标的位置数据信号输入至最速离散跟踪微分器，建立移动速度估计模型，实现对目标移速的估计：

由于目标在天向速度(即目标随海浪上下浮动的速度)值很小，可对其忽略，本步骤重点实现对目标在导航坐标系n下的北向速度和东向速度的估计；

(5.1)利用步骤(3.1)中目标在瞄准线坐标系s下的坐标[0，0，r^s]，以及载机与目标之间的距离r^s，获得目标在导航坐标系n中的坐标为：

(5.2)将在导航坐标系n下目标的东向位置x_n和北向位置y_n作为输入信号，分别输入两个与步骤(4.3)中结构相同的最速离散跟踪微分器；

在第一个最速离散跟踪微分器中，v(k)＝x_n(k)，状态x₂(k)可自动实现对东向速度的跟踪，即

实现对东向移动速度的实时估计；

在第二个最速离散跟踪微分器中，v(k)＝y_n(k)，状态x₂(k)可自动实现对北向速度的跟踪，即

实现对北向移动速度的实时估计。

利用本发明提出的一种海上动态目标定位与移速预测方法，在无法直接测量载机与目标距离的条件下，可获得动态目标在大地坐标系c下的经度λ、纬度L、高度H，以及在导航坐标系n下的东向移动速度和北向移动速度，实现动态目标定位和移速预测功能。

对比例：

为了突出本发明中的无源目标定位方法的特点，这里给出一种典型的无源目标定位方法作为对比例。对比例中，载机在地球直角坐标系e中的坐标可用向量

表示，目标在地球直角坐标系e中的坐标可用向量

表示，且满足地球椭球几何关系：

其中，a表示地球长半轴的长度，b表示地球短半轴的长度；

目标在瞄准线坐标系s下的坐标可用向量

表示，根据坐标系转换关系，满足转换公式：

其中，

联立公式(1)和公式(2)，需要联立四个齐次方程进行求解，获得两个目标坐标的解，需要配合目标实际所在区域，在两个解中判断出目标的实际坐标解。由于地球不是一个理想的椭球体，按照该对比例，解算出的目标坐标的精度偏低。与该对比例相比，本发明提出的无源目标定位方法仅需要通过单个等式方程即可直接获得载机和目标之间的距离，从而解算出目标位置，本发明方法结构更简单，计算量更小，定位精度更高。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种海上动态目标定位与移速预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、建立基础坐标系集及转换关系：

所述基础坐标系集包括大地坐标系c、地球直角坐标系e、导航坐标系n、载机坐标系b、瞄准线坐标系s；

所述大地坐标系c采用国际地球参考系统WGS-84系统，地球上的点在大地坐标系c中表示为经度λ、纬度L、高度H；

所述地球直角坐标系e采用根据地球的参考椭球面建立的笛卡尔直角坐标系，其原点为参考椭球面的中心点位置，X轴由原点指向本初子午圈与赤道圈在椭球面上的交点，Z轴由原点指向地球北极，X轴、Y轴、Z轴服从右手坐标系法则，在地球直角坐标系e中，任意一点的坐标可表示为[x_e，y_e，z_e]；

所述大地坐标系c与地球直角坐标系e的坐标转换关系为：

其中，R_e为复数的实部，e为自然常数；

所述导航坐标系n采用东北天地理坐标系，原点为载机位置，X轴指向正东方向，Y轴指向正北方向，X轴、Y轴和Z轴服从右手坐标系法，则任意一点的坐标在导航坐标系n中可表示为[x_n，y_n，z_n]；

所述地球直角坐标系e到导航坐标系n的坐标转换关系为：

其中，

为地球直角坐标系e到导航坐标系n的转换矩阵；

所述载机坐标系b定义Y轴为机头方向，Z轴为机身正上方向，X轴、Y轴和Z轴服从右手坐标系法则，则任意一点的坐标在载机坐标系b中可表示为[x_b，y_b，z_b]；

所述导航坐标系n到载机坐标系b的坐标转换关系为：

其中，

为导航坐标系n到载机坐标系b的转换矩阵；

所述瞄准线坐标系s定义X轴为光电平台的方位框架角，Y轴为光电平台的俯仰框架角，Z轴为光电平台的横滚框架角，则任意一点的坐标在瞄准线坐标系s中可表示为[x_s，y_s，z_s]；

所述载机坐标系b到瞄准线坐标系s的坐标转换关系为：

其中，

为载机坐标系b到瞄准线坐标系s的转换矩阵；

步骤(2)、获取载机的POS信息、光电平台的框架角：

根据载机的POS机，获取载机的POS信息，其包括经度、维度、高程、北向速度、东向速度、天向速度、偏航角、俯仰角、横滚角；根据光电平台上的测角传感器，获取光电平台的框架角，其包括方位框架角和俯仰框架角；

步骤(3)、根据海平面的海拔高度稳定特性，建立载机与目标之间的距离估计模型，确定无源目标定位方法，完成对目标在大地坐标系c下的经度、纬度和高度的估计，实现目标定位功能：

(3.1)定义探测海域的平均海拔高度为H₁，载机的海拔高度为H₂，则目标在导航坐标系n下的坐标为[x_n，y_n，H₁-H₂]，目标在瞄准线坐标系s下的坐标为[0，0，r^s]，其中r^s表示目标与载机之间的距离值；

根据步骤(1)的坐标系转换关系，则

其中，

利用上式可以解算出载机与目标之间的距离r^s；

(3.2)根据步骤(1)的坐标系转换关系，利用载机与目标之间的距离值r^s，目标在地球直角坐标系e下的坐标值为：

其中，

(3.3)对目标在地球直角坐标系e下的坐标值[x_e，y_e，z_e]，采用迭代法与经度转换公式进行坐标转换，获得目标在大地坐标系c中的坐标，实现目标定位；

步骤(4)、建立非线性跟踪微分器，对其离散状态方程中的跟踪函数进行优化，建立最速离散跟踪微分器；

步骤(5)、将目标的位置数据信号输入至最速离散跟踪微分器，建立移动速度估计模型，实现对目标移速的估计：

(5.1)利用步骤(3.1)中目标在瞄准线坐标系s下的坐标[0，0，r^s]，以及载机与目标之间的距离r^s，获得目标在导航坐标系n中的坐标为：

(5.2)将在导航坐标系n下目标的东向位置x_n和北向位置y_n作为输入信号，分别输入两个与步骤(4)中结构相同的最速离散跟踪微分器，两个最速离散跟踪微分器分别实现对东向移动速度和北向移动速度的实时估计。

2.根据权利要求1所述的一种海上动态目标定位与移速预测方法，其特征在于：

步骤(1)中，

所述

的表达式如下：

所述

的表达式如下：

其中，ψ表示载机的偏航角；θ表示载机的俯仰角；γ表示载机的横滚角；

设定初始时所述载机坐标系b与所述瞄准线坐标系s重合，由载机坐标系先沿瞄准线坐标系s的X轴转动

角度，再沿瞄准线坐标系s的Y轴转动β₀角度，所述

的表达式如下：

3.根据权利要求2所述的一种海上动态目标定位与移速预测方法，其特征在于：

步骤(3.3)中，所述对目标在地球直角坐标系e下的坐标值[x_e，y_e，z_e]，采用迭代法与经度转换公式进行坐标转换，获得目标在大地坐标系c中的坐标的具体步骤为：

(3.3.1)设定北半球纬度为正，南半球纬度为负；东经为正，西经为负，则迭代公式的初值公式为：

迭代公式为：

其中，a表示地球长半轴的长度，b表示地球短半轴的长度，e表示地球偏心率；N₀表示目标位置对应的曲率半径初值，N_i表示第i次迭代目标位置对应的曲率半径；H₀表示目标位置对应的高度初值，H_i表示第i次迭代目标位置对应的高度；L₀表示目标位置对应的纬度初值，L_i表示第i次迭代目标位置对应的纬度；

重复迭代4～5次，完成对目标在大地坐标系c下的纬度L、高度H的估计；

(3.3.2)由经度转换公式直接完成对目标在大地坐标系c下经度λ的估计，经度转换公式为：

其中，λ_m表示经度的中间运算量，其表达式为

4.根据权利要求3所述的一种海上动态目标定位与移速预测方法，其特征在于：

步骤(4)中，所述建立非线性跟踪微分器，对其离散状态方程中的跟踪函数进行优化，建立最速离散跟踪微分器的具体步骤如下：

(4.1)建立非线性跟踪微分器的状态方程：

其中，r为调节跟踪速度的参数；v₀表示输入信号，即目标位置数据；sign为函数符号；

表示x₁对时间的导数，

表示x₂对时间的导数；即对非线性跟踪微分器输入信号v₀，将输出两个状态值x₁和x₂，其中状态x₁可快速跟踪输入信号v₀，状态x₂为v₀的近似微分；

(4.2)将步骤(4.1)中的状态方程离散化为：

其中，h表示采样步长，v(k)表示第k次采样的输入数据，x₁(k)、x₂(k)分别表示第k次采样的状态值，x₁(k+1)、x₂(k+1)分别表示第k+1次采样的状态值；

(4.3)为了解决高频颤振问题，对步骤(4.2)得到的离散状态方程中的跟踪函数进行改进，建立最速离散跟踪微分器为：

其中，函数fhan(x₁，x₂，r，h)表示最速控制综合函数，fhan[x₁(k)-v(k)，x₂(k)，r，h]表示函数fhan(x₁，x₂，r，h)中x₁＝x₁(k)-v(k)，x₂＝x₂(k)；

函数fhan(x₁，x₂，r，h)具体定义如下：

5.根据权利要求4所述的一种海上动态目标定位与移速预测方法，其特征在于：

步骤(5.2)中，所述两个最速离散跟踪微分器分别实现对东向移动速度和北向移动速度的实时估计的具体步骤为：将步骤(5.1)中在导航坐标系n下目标的东向位置x_n和北向位置y_n作为输入信号，分别输入两个与步骤(4.3)中结构相同的最速离散跟踪微分器；

在第一个最速离散跟踪微分器中，v(k)＝x_n(k)，状态x₂(k)可自动实现对东向速度的跟踪，即

实现对东向移动速度的实时估计；

在第二个最速离散跟踪微分器中，v(k)＝y_n(k)，状态x₂(k)可自动实现对北向速度的跟踪，即

实现对北向移动速度的实时估计。

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