[論文レビュー] Application of Extended Kalman Filter to Tactical Ballistic Missile Re-entry Problem

Subrata Bhowmik, Chandrani Roy|ArXiv.org|Jul 13, 2007

Target Tracking and Data Fusion in Sensor Networks参考文献 2被引用数 5

ひとこと要約

本論文では、動的に調整された基準軌道に沿ってリアルタイムでの状態更新を行うことで、再突入段階における戦術弾道ミサイルの軌道を推定するために拡張カルマンフィルタ（EKF）を適用する。線形化誤差が存在する非線形再突入動力学においても、EKFの有効性が裏付けられ、迎撃係数が高くなるほど推定精度が向上する。

ABSTRACT

The objective is to investigate the advantages and performance of Extended Kalman Filter for the estimation of non-linear system where linearization takes place about a trajectory that was continually updated with the state estimates resulting from the measurement. Here tactile ballistic missile Re-entry problem is taken as a nonlinear system model and Extended Kalman Filter technique is used to estimate the positions and velocities at the X and Y direction at different values of ballistic coefficients. The result shows that the method gives better estimation with the increase of ballistic coefficient.

研究の動機と目的

• 非線形戦術弾道ミサイル再突入動力学における正確な状態推定の課題に対処すること。
• 非線形条件下での位置および速度の推定において、拡張カルマンフィルタ（EKF）の性能を評価すること。
• 迎撃係数の変動がEKFフレームワーク内での推定精度に与える影響を分析すること。
• 測定値からの状態推定値を用いた継続的軌道更新が、フィルタの収束性および耐障害性に与える影響を評価すること。
• EKFが戦術ミサイルシステムにおけるリアルタイム再突入追跡の実用的解決策として有効であることを検証すること。

提案手法

• EKFは、戦術弾道ミサイル再突入動力学の非線形システムモデルに適用される。
• 状態推定は、新たな測定値に基づいてリアルタイムで更新される軌道の周囲での連続的線形化を用いて実施される。
• フィルタは、位置および速度成分を含むXおよびY方向の状態を推定する。
• システムモデルは、主要な入力パrameterとして変動する迎撃係数を組み込む。
• EKFアルゴリズムは、測定残差を用いて、ステップごとに状態ベクトルおよび誤差共分散行列を反復的に更新する。
• 本手法は、各ステップにおける線形化のための状態遷移行列の時間的発展およびヤコビアンの計算に依存する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 拡張カルマンフィルタは、再突入段階における戦術弾道ミサイルの非線形的軌道推定において、どのように性能を発揮するか？
• RQ2 異なる迎撃係数は、EKFの推定精度にどのような影響を与えるか？
• RQ3 測定値からの状態推定値を用いた継続的軌道更新は、フィルタの収束性および安定性にどのように影響するか？
• RQ4 時間変動する軌道の周囲での線形化は、推定性能をどの程度向上させるか？
• RQ5 EKFは、非ガウス的かつ極めて非線形的な再突入飛行の動力学を効果的に扱えるか？

主な発見

• 拡張カルマンフィルタは、戦術弾道ミサイル再突入問題における状態推定精度を向上させる。
• 迎撃係数の値が高くなるほど、推定性能が顕著に向上する。
• 測定値からの状態推定値を用いて軌道が継続的に更新されると、フィルタは安定した収束を示す。
• リアルタイムでの軌道補正により、線形化誤差が軽減され、耐障害性が向上する。
• 本手法は、さまざまな迎撃条件下で、XおよびY方向の位置および速度成分を効果的に追跡する。
• 結果は、EKFが戦術ミサイルシステムにおけるリアルタイム再突入追跡の実用的かつ効果的なアプローチであることを確認する。