非线性最小二乘法在舰船纯方位系统中的应用
发布时间：2021-12-10 11:51
潜艇是舰船中比较特殊的类型,主要是在水下运动,为更好地隐藏行迹,对水下目标进行探测和定位时需要依靠声呐系统。为了能够准确获取目标的航迹,需要对目标的运动轨迹进行分析,此时需要依靠纯方位系统来实现。以往在该系统的求解中,采用的都是线性算法,为实现算法的优化,本文提出在纯方位系统中,应用非线性最小二乘法,并基于人工智能优化算法的遗传算法,对全局最优解进行求取,最后通过模拟仿真,对算法的可行性和有效性进行验证。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(18)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
方位系统中目标速度变化曲线Fig.4Targetspeedchangecurveinazimuthsystem
S0专家学者经过大量的研究后发现，候选量测并非适用于所有情况，所以在具体的计算过程中，必须对没有候选量测的情况予以充分考虑。对于候选量测可以进行如下定义，即S为存在，为不存在，如果量测值Z（k）满足如下条件：Z(k)S1(k)·[Z(k1)]γ(2),(2)S0S0那么S成立，若是不满足上述条件，则成立。当成立时，可以对前一个时刻的预测值进行使用，以此来对更新值进行替代；当S成立时，可选取最小的加权数作为正确量测，具体流程如图1所示。图1纯方位系统数据关联的具体流程示意图Fig.1Flowchartofbearingsonlysystemdataassociation假设纯方位系统下同时存在2个目标，由数据关联可知，在某个时刻下，会同时出现2个虚假的量测值。在确保纯方位跟踪精度的前提下，对整个计算过程的耗时进行缩减，可以利用多维概率数据关联技术，即MPDA[5–6]。2纯方位系统中人工智能非线性最小二乘法的应用2.1应用思路潜艇主要是在水下运行，其种类相对较多，既有民用，也有军用，可以满足不同的使用需要，载人数量与潜艇的体积密切相关。潜艇为了不暴露自己，其在对水下目标进行探测和定位的过程中，一般采用的都是被动方式，即综合声呐，借助声波在水体当中所具备的反射及传播特性，利用电信号与声波信号之间的转换，实现距离测定，通过声呐能够对水下目标的存在、位置、性质以及运动方向等进行探测。潜艇通过对测量目标辐射源信号的定位，可以获取到目标航迹，对目标的运行轨迹进行分析的过程，即纯方位目标运动分析，简称BO-TMA。针对BO-TMA，国内的专家学者在进行研究的过程中，需要借助线性模型进行解算，对于非线性数据需要借助非线性模型?
则可减少为100次迭代；3）对适应度函数进行合理选择。该函数的选择与目标函数有关，遗传算法求取最优解是寻找极值的过程，因此，可以在不进行任何处理的前提下，直接将NLS模型作为适应度函数使用。2.4仿真验证为对本文提出的算法性能进行验证，采用模拟仿真方法，结合非线性最小二乘算法在跟踪目标距离、航向、速度3个方面进行综合分析，可以得到方位系统中目标距离测距稳定性曲线如图2所示，方位系统中目标距离航向变化曲线如图3所示，方位系统中目标速度变化曲线如图4所示。图2方位系统中目标距离测距稳定性曲线Fig.2Stabilitycurveoftargetdistancemeasurementinazimuthsystem图3方位系统中目标距离航向变化曲线Fig.3Rangecoursecurveoftargetinazimuthsystem可以清楚地看出，非线性算法的性能要比线性算法的性能好很多。因此，可以将非线性最小二乘法应用于纯方位系统中。3结语在舰船纯方位系统的求解过程中，可以运用的算法相对较多，除了常规的线性算法之外，还有人工智能算法、非线性算法等。本文通过对线性算法、遗传算法以及非线性最小二乘法进行仿真，最终得出如下结论：非线性最小二乘法在舰船纯方位系统求解中的效果要明显高于其他2种算法，说明该算法具有良好的使用价值。参考文献：陈华东,王树宗,韩云山,等.基于遗传算法的非线性最小二乘在纯方位系统中的应用[J].舰船科学技术,2007,29(12):85–87.[1]董志荣.纯方位系统TMA非线性最小二乘法——工程数学模型与算法[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2005(4):128–129.[2]易杨华.最小二乘支持向量机在船舶交通流特征分析中的应用研究[J].中国水运,2016(4):71–7
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持向量机算法在船舶网络入侵检测中的应用[J]. 刘钊勇. 舰船科学技术. 2019(18)
[2]最小二乘支持向量机在船舶交通流特征分析中的应用研究[J]. 易杨华. 中国水运. 2016(04)
[3]最小二乘法分段在船舶航迹拟合研究中的应用[J]. 赵战兴. 舰船科学技术. 2016(06)
[4]基于最小二乘支持向量机的船舶水下焊接质量在线监测[J]. 张为民,钟碧良. 中国造船. 2009(01)
[5]基于遗传算法的非线性最小二乘在纯方位系统中的应用[J]. 陈华东,王树宗,韩云山,杨涛. 舰船科学技术. 2007(06)
[6]纯方位系统TMA非线性最小二乘法——工程数学模型与算法[J]. 董志荣. 情报指挥控制系统与仿真技术. 2005(02)
本文编号：3532570
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(18)北大核心
【文章页数】：3 页
【部分图文】：
方位系统中目标速度变化曲线Fig.4Targetspeedchangecurveinazimuthsystem
S0专家学者经过大量的研究后发现，候选量测并非适用于所有情况，所以在具体的计算过程中，必须对没有候选量测的情况予以充分考虑。对于候选量测可以进行如下定义，即S为存在，为不存在，如果量测值Z（k）满足如下条件：Z(k)S1(k)·[Z(k1)]γ(2),(2)S0S0那么S成立，若是不满足上述条件，则成立。当成立时，可以对前一个时刻的预测值进行使用，以此来对更新值进行替代；当S成立时，可选取最小的加权数作为正确量测，具体流程如图1所示。图1纯方位系统数据关联的具体流程示意图Fig.1Flowchartofbearingsonlysystemdataassociation假设纯方位系统下同时存在2个目标，由数据关联可知，在某个时刻下，会同时出现2个虚假的量测值。在确保纯方位跟踪精度的前提下，对整个计算过程的耗时进行缩减，可以利用多维概率数据关联技术，即MPDA[5–6]。2纯方位系统中人工智能非线性最小二乘法的应用2.1应用思路潜艇主要是在水下运行，其种类相对较多，既有民用，也有军用，可以满足不同的使用需要，载人数量与潜艇的体积密切相关。潜艇为了不暴露自己，其在对水下目标进行探测和定位的过程中，一般采用的都是被动方式，即综合声呐，借助声波在水体当中所具备的反射及传播特性，利用电信号与声波信号之间的转换，实现距离测定，通过声呐能够对水下目标的存在、位置、性质以及运动方向等进行探测。潜艇通过对测量目标辐射源信号的定位，可以获取到目标航迹，对目标的运行轨迹进行分析的过程，即纯方位目标运动分析，简称BO-TMA。针对BO-TMA，国内的专家学者在进行研究的过程中，需要借助线性模型进行解算，对于非线性数据需要借助非线性模型?
则可减少为100次迭代；3）对适应度函数进行合理选择。该函数的选择与目标函数有关，遗传算法求取最优解是寻找极值的过程，因此，可以在不进行任何处理的前提下，直接将NLS模型作为适应度函数使用。2.4仿真验证为对本文提出的算法性能进行验证，采用模拟仿真方法，结合非线性最小二乘算法在跟踪目标距离、航向、速度3个方面进行综合分析，可以得到方位系统中目标距离测距稳定性曲线如图2所示，方位系统中目标距离航向变化曲线如图3所示，方位系统中目标速度变化曲线如图4所示。图2方位系统中目标距离测距稳定性曲线Fig.2Stabilitycurveoftargetdistancemeasurementinazimuthsystem图3方位系统中目标距离航向变化曲线Fig.3Rangecoursecurveoftargetinazimuthsystem可以清楚地看出，非线性算法的性能要比线性算法的性能好很多。因此，可以将非线性最小二乘法应用于纯方位系统中。3结语在舰船纯方位系统的求解过程中，可以运用的算法相对较多，除了常规的线性算法之外，还有人工智能算法、非线性算法等。本文通过对线性算法、遗传算法以及非线性最小二乘法进行仿真，最终得出如下结论：非线性最小二乘法在舰船纯方位系统求解中的效果要明显高于其他2种算法，说明该算法具有良好的使用价值。参考文献：陈华东,王树宗,韩云山,等.基于遗传算法的非线性最小二乘在纯方位系统中的应用[J].舰船科学技术,2007,29(12):85–87.[1]董志荣.纯方位系统TMA非线性最小二乘法——工程数学模型与算法[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2005(4):128–129.[2]易杨华.最小二乘支持向量机在船舶交通流特征分析中的应用研究[J].中国水运,2016(4):71–7
【参考文献】：
期刊论文
[1]支持向量机算法在船舶网络入侵检测中的应用[J]. 刘钊勇. 舰船科学技术. 2019(18)
[2]最小二乘支持向量机在船舶交通流特征分析中的应用研究[J]. 易杨华. 中国水运. 2016(04)
[3]最小二乘法分段在船舶航迹拟合研究中的应用[J]. 赵战兴. 舰船科学技术. 2016(06)
[4]基于最小二乘支持向量机的船舶水下焊接质量在线监测[J]. 张为民,钟碧良. 中国造船. 2009(01)
[5]基于遗传算法的非线性最小二乘在纯方位系统中的应用[J]. 陈华东,王树宗,韩云山,杨涛. 舰船科学技术. 2007(06)
[6]纯方位系统TMA非线性最小二乘法——工程数学模型与算法[J]. 董志荣. 情报指挥控制系统与仿真技术. 2005(02)
本文编号：3532570
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