本發(fā)明屬于目標(biāo)檢測(cè)，具體涉及一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法。

背景技術(shù)：

1、目前基于軌跡預(yù)測(cè)的攔截技術(shù)研究多數(shù)采用傳統(tǒng)方法，如采用線(xiàn)性化模型和擴(kuò)展卡爾曼濾波理論(ekf)等。傳統(tǒng)方法存在動(dòng)力學(xué)模型復(fù)雜、預(yù)測(cè)精度不佳、應(yīng)用場(chǎng)景受限等問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，深度學(xué)習(xí)憑借其強(qiáng)大的特征提取能力、高效的分類(lèi)和回歸能力、大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力，在圖像分類(lèi)、語(yǔ)音識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛的研究和應(yīng)用，而且越來(lái)越多的研究人員將深度學(xué)習(xí)運(yùn)用于軌跡預(yù)測(cè)，通過(guò)使用特殊的網(wǎng)絡(luò)對(duì)歷史軌跡進(jìn)行學(xué)習(xí)，推斷運(yùn)動(dòng)模型，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來(lái)軌跡。

2、孫雪琪,張銳(《基于軌跡跟蹤預(yù)測(cè)的反htv2中制導(dǎo)研究》，現(xiàn)代防御技術(shù)，2022,50(04),62-72)使用自適應(yīng)網(wǎng)格交互式多模型濾波器獲取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息，用基于遺忘因子的最小二乘法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè)，獲取目標(biāo)預(yù)測(cè)交班點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并將其作為中制導(dǎo)約束來(lái)獲得中制導(dǎo)指令。該算法基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對(duì)目標(biāo)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，采用設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，根據(jù)目標(biāo)跟蹤結(jié)果，使用最小二乘法來(lái)計(jì)算模型系數(shù)，方法較為復(fù)雜，且計(jì)算的模型系數(shù)與實(shí)際相差較大，預(yù)測(cè)結(jié)果不佳。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法，首先根據(jù)載機(jī)不同運(yùn)動(dòng)方式下來(lái)襲飛行器采用的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立了不同條件下的飛行器軌跡庫(kù)，采用編碼器-解碼器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)飛行器目標(biāo)軌跡多步預(yù)測(cè)框架，最后，使用預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡信息設(shè)計(jì)攔截制導(dǎo)律。本發(fā)明使用預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡信息進(jìn)行攔截制導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了攔截彈與目標(biāo)的迎頭小脫靶量交會(huì)。

2、本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

3、步驟1：輸入飛行器軌跡數(shù)據(jù)，飛行器軌跡共包含6維數(shù)據(jù)信息(x,y,z,dx,dy,dz)，其中(x,y,z)為飛行器在地理坐標(biāo)系中的三維空間位置坐標(biāo)，(dx,dy,dz)為飛行器位置坐標(biāo)在地理坐標(biāo)系中沿三個(gè)軸的單位時(shí)間變化量；

4、將飛行軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行野值剔除、數(shù)據(jù)歸一化處理；采用min-max歸一化方法對(duì)原始數(shù)據(jù)歸一化，公式如下：

5、

6、其中，dnormalization表示歸一化后的數(shù)據(jù)、d表示待歸一化的數(shù)據(jù)、dmin表示所有數(shù)據(jù)中的最小值、dmax表示所有數(shù)據(jù)中的最大值；

7、步驟2：采用編碼器-解碼器結(jié)構(gòu)的飛行器目標(biāo)軌跡多步預(yù)測(cè)框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)襲飛行器目標(biāo)的軌跡預(yù)測(cè)，具體過(guò)程如下：

8、步驟2-1：利用步驟1處理后的飛行軌跡數(shù)據(jù)，采用間隔采樣的方式獲取軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)，每隔a1個(gè)點(diǎn)取1個(gè)軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)，則用于軌跡預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)步長(zhǎng)為a2s；

9、步驟2-2：搭建基于“編碼-解碼”結(jié)構(gòu)的飛行器目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)模型，由三部分組成：以gru網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的編碼器、以gru網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的解碼器以及用于表征輸出的線(xiàn)性層；其中，gru編碼器用于學(xué)習(xí)輸入數(shù)據(jù)的隱藏特征，并將其轉(zhuǎn)換為特征向量；gru解碼器根據(jù)潛在空間變量預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)間序列的表示，最后利用線(xiàn)性層將解碼出的預(yù)測(cè)值表示為可觀(guān)測(cè)的目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)值；

10、步驟2-3：采用預(yù)測(cè)值與真實(shí)值的誤差作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算為終點(diǎn)預(yù)測(cè)位置和終點(diǎn)真值位置之間的平均歐式距離差值；

11、步驟3：基于軌跡預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行攔截，以第a3s預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡點(diǎn)所在位置作為虛擬靜止目標(biāo)點(diǎn)，設(shè)攔截彈在第a3s之前以虛擬靜止目標(biāo)點(diǎn)為攔截目標(biāo)，在第a3s之后以來(lái)襲飛行器為目標(biāo)進(jìn)行攔截運(yùn)動(dòng)，具體過(guò)程如下：

12、步驟3-1：利用步驟2所預(yù)測(cè)的來(lái)襲飛行器的軌跡位置結(jié)果，載機(jī)發(fā)射的攔截彈根據(jù)預(yù)測(cè)位置設(shè)置比例制導(dǎo)指令，向預(yù)測(cè)位置飛行；比例導(dǎo)引規(guī)律要求指令加速度信號(hào)和視線(xiàn)變化率成正比，這個(gè)比值等于導(dǎo)航比乘以彈目相對(duì)速度，制導(dǎo)指令寫(xiě)為：

13、

14、其中為飛行器過(guò)載指令，vr為飛行器目標(biāo)接近速度，k表示比例導(dǎo)引律的比例系數(shù)，qε表示鉛錘面視線(xiàn)角速率，qβ表示水平面視線(xiàn)角速率，表示法向過(guò)載，表示側(cè)向過(guò)載；

15、步驟3-2：攔截彈到達(dá)預(yù)測(cè)位置后，再以來(lái)襲飛行器為目標(biāo)進(jìn)行比例制導(dǎo)攔截；

16、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)高機(jī)動(dòng)非線(xiàn)性的飛行器歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對(duì)其未來(lái)軌跡進(jìn)行預(yù)測(cè)，之后將預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡點(diǎn)所在位置作為虛擬靜止目標(biāo)點(diǎn)，基于預(yù)測(cè)的虛擬靜止目標(biāo)進(jìn)行制導(dǎo)攔截，到達(dá)預(yù)測(cè)的虛擬目標(biāo)后再以來(lái)襲飛行器為目標(biāo)進(jìn)行制導(dǎo)攔截。

17、優(yōu)選地，所述a1＝10，a3＝0.1，a3＝20。

18、優(yōu)選地，所述評(píng)價(jià)指標(biāo)為終點(diǎn)位移誤差指標(biāo)fde。

19、優(yōu)選地，所述步驟2-3中，以飛行器前16s的歷史軌跡數(shù)據(jù)為輸入，預(yù)測(cè)第20s位置的結(jié)果。

20、本發(fā)明的有益效果如下：

21、本發(fā)明利用利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，基于“編碼-解碼”結(jié)構(gòu)的飛行器軌跡預(yù)測(cè)模型對(duì)目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)精度更高；使用預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡信息進(jìn)行攔截制導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了攔截彈與目標(biāo)的迎頭小脫靶量交會(huì)。

技術(shù)特征：

1.一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法，其特征在于，所述a1＝10，a3＝0.1，a3＝20。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法，其特征在于，所述評(píng)價(jià)指標(biāo)為終點(diǎn)位移誤差指標(biāo)fde。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法，其特征在于，所述步驟2-3中，以飛行器前16s的歷史軌跡數(shù)據(jù)為輸入，預(yù)測(cè)第20s位置的結(jié)果。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)的攔截方法，首先根據(jù)載機(jī)不同運(yùn)動(dòng)方式下來(lái)襲飛行器采用的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，建立了不同條件下的飛行器軌跡庫(kù)，采用編碼器?解碼器結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)飛行器目標(biāo)軌跡多步預(yù)測(cè)框架，最后，使用預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡信息設(shè)計(jì)攔截制導(dǎo)律。本發(fā)明使用預(yù)測(cè)的目標(biāo)軌跡信息進(jìn)行攔截制導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了攔截彈與目標(biāo)的迎頭小脫靶量交會(huì)。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇雨,張龍政騰,張宏偉,張科,王靖宇,譚明虎,張燁,韓治國(guó)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23