辅助变量纯方位目标跟踪算法
收稿日期：２０１５-０５-０６
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４０９２１４，５１１７９１５７，６１４６１００７）
作者简介：蔚 婧（１９８２－），女，讲师，E -mail ：y ujing ＠nw pu ．edu ．cn ．doi :１０.３９６９/j .issn .１００１-２４００.２０１６.０１.０３０
辅助变量纯方位目标跟踪算法
蔚 婧１，文 珺２，李彩彩３，李亚安１
（１．西北工业大学航海学院，陕西西安 ７１００７２；２．广西大学计算机与电子信息学院，广西南宁
５３０００４；３．西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安 ７１００７１）
摘要：为克服伪线性估计方法在纯方位目标跟踪中估计参数的有偏性，提出了一种改进的辅助变量算法．
该算法通过曲线拟合前几个时刻的方位角测量序列来获得当前时刻目标方位角的估计值，并将此作为辅
助变量，通过最小二乘方法对目标参数进行估计，理论上可以获得目标参数的无偏估计．针对单、双观测站
两种不同情况，推导出了系统观测模型，并给出了具体实现步骤．仿真实验的结果表明，与已有的研究相
比，该算法具有更快的收敛速度和更高的估计精度，在工程实践中具有广泛的应用．
关键词：目标跟踪；伪线性估计；辅助变量；控制理论
中图分类号：T N ９５３ 文献标识码：A 文章编号：１００１-２４００（２０１６）０１-０１６７-０６
Modified instrumental variable method for bearings -only target tracking
Y U Jin g １,W EN Jun ２,L I Caicai ３,L I Y a 'an (１.College of M arine Science and Technology ,Northwestern Polytechnical Univ .,Xi 'an ７１００７２,China ;２.School of Computer &Electrical Information ,Guangxi Univ .,Nanning ５３０００４,China ;３.School of
Electronic Engineering ,Xidian Univ .,Xi 'an ７１００７１,China)
Abstract : To overcome the biased estimation of the pseudo -linear algorithm in bearings -only target tracking ,a modified instrumental variable algorithm is proposed .In the new algorithm ,the current bearings -only estimation angle is acquired by polyfitting several previous bearings angles .Then the
estimated angle is used as the instrumental variable to get the motion parameters by applying the least -square method .The algorithm can achieve the theoretical unbiased estimation .Simulation results illustrate
that the new modified instrumental variable algorithm has a better convergence rate and estimation accuracy than the existing research and that it is more suitable for engineering practice .Key Words : target tracking ;pseudo -linear estimation ;instrumental variable ;control theory 纯方位跟踪（Bearings -Only T racking ，BO T ）是一种被动跟踪方式，它只利用获得的目标方位角信息来对目标运动参数进行估计，具有相当好的隐蔽性，近年来已成为我国跟踪预警系统中的重要组成部分［１-２］．量测方程的非线性和目标不完全可观测性是纯方位目标跟踪存在的难点问题［３-５］．
目前应用于纯方位目标跟踪的典型方法主要包括：极大似然估计器（Maximum Likelihood Estimator ，M LE ）［６-７］，伪线性估计器（Pseudo -Linearing Estimator ，PLE ）［８-９］，扩展卡尔曼滤波方法（Extended Kalman Filter ，EKF ）［１０］等．其中，伪线性估计器是解决非线性估计的有效方法，它计算量小，便于工程实现，缺点是该方法会产生有偏估计，但由于其在工程上的实用性，仍然受到众多学者的关注．为了消除伪线性估计器方法的有偏性，基于辅助变量的伪线性估计器算法被提出，它可以获得理论上的无偏估计，其中核心问题是辅助变量的选择．
２０１６年２月
第４３卷 第１期 西安电子科技大学学报（自然科学版）ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＸＩＤＩＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Feb ．２０１６Vol ．４３ No ．１