卡爾曼濾波預估漁船目標物體距離和速度算法

張亞娟 陳輝 張汝峰 郭寶軍 陳靜 高貝貝

摘要：卡爾曼濾波是一種最優估計的數據處理技術，以卡爾曼濾波算法為主要研究內容，以漁船雷達對海上目標物體距離為測量據進行卡爾曼濾波處理，得到目標物體與漁船的相對距離和相對速度的最優估計值，以及各狀態的估計誤差方差變化趨勢，對結果進行分析，實現Kalman濾波算法預估目標物體距離、速度的仿真系統設計。

關鍵詞：卡爾曼濾波；漁船；目標物體；距離；速度

中圖分類號：TP391.41文獻標識碼：A

1引言

漁船在海上行駛環境相對比較復雜^[1]，安裝雷達系統的船舶本身也是不時地處于機動狀態之中，因此雷達所探測的目標也是在不停地變化當中，加上海上風浪等環境的影響，使得雷達測量障礙物距離、速度等信息是存在較多噪聲，導致測量數據誤差較大。卡爾曼濾波技術是一種可以使用數值估計和優化的方法，并將其應用到漁船的雷達定位系統中，可以有效減小噪聲對雷達定位系統的影響，使得漁船對周圍目標物體的相對距離、和相對速度預判更加精確，極大的提高了漁船出海過程中的安全性。

由表1可以看出距離的估計值與距離的量測值不相同，主要是由于二者都存在誤差，但估計距離的方差經過多次濾波后穩定在在0.17（nm）2左右，比測量距離的方差Rk=0.2（nm）2要小，由此可以看出距離精度得到提高。

由于設定的初始狀態估計和估計方差陣存在誤差，濾波的開始屬于非穩定狀態，由表1對估計速度的方差可以看出隨著濾波周期的不斷增加，估計速度的方差穩定在0.16（nm/s）2左右，相對較小，代表對目標的跟蹤更加可靠。

4 結束語

卡爾曼濾波算法來進行系統狀態的最佳估計以減少噪聲干擾，以獲得盡可能精確的狀態估計，最后使用這些狀態估計值達到修正系統誤差的目的。本次研究根據漁船雷達測量目標物體距離為量測值，設計Kalman濾波算法預估目標距離、速度的仿真系統，得到了精度更高的目標物體的距離和速度。

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