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https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/846307
Título: | Avaliação de algoritmos baseados em Filtro de Kalman aplicados em Bearing-only tracking |
Autor(es): | Olivieri, Danilo Monteiro |
Orientador(es): | Petraglia, Mariane Rembold |
Palavras-chave: | Filtro de Kalman Bearing-only tracking Medidas de Apoio à Guerra Eletrônica (MAGE) |
Áreas de conhecimento da DGPM: | Guerra eletrônica |
Data do documento: | 2023 |
Editor: | Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) |
Descrição: | Apresenta-se, nesta dissertação de Mestrado, uma avaliação de diferentes algoritmos baseados em Filtros de Kalman para o problema de rastreamento apenas por marcação (Bearing-Only Tracking), visando subsidiar uma implementação no sistema de apoio ao combate desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas da Marinha. Foram estudados 9 algoritmos, sendo 7 desenvolvidos especificamente para este problema e um deles uma forma de inicialização com filtros em paralelo aplicável aos 8 demais. Os modelos foram simulados em 15 cenários, que combinaram 5 formas de inicialização do problema e 3 formas de movimentação dos navios observador e alvo, e os resultados foram comparados por métricas de erro quadrático médio de estimação de distância e velocidade do alvo (balizados pelo Limite Inferior de Cramér-Rao como referência de erro mínimo), de credibilidade das predições com base na precisão da estimativa do erro de predição, além de considerar as taxas de convergência de rota e estabilidade dos algoritmos. Os resultados obtidos não indicaram uma única solução dominante. Os dois modelos baseados em coordenada polar apresentaram problemas de estabilidade, tendo outros dois modelos apresentando problemas de convergência em alguns cenários e um outro com 100% de convergência, mas em patamar de erro acima dos demais. Os algoritmos que se destacaram foram Bias-Compensated Pseudo-Linear Kalman Filter (BC-PLKF), Ensemble Kalman Filter (EnKF) e Selective Angle Measurements Instrumental Variable-Based Kalman Filter (SAM-IVKF), que ficaram entre os melhores resultados em erro de estimativa e credibilidade em todos os cenários, sendo, então, recomendados para uma futura implementação real. Também foi indicada a inicialização com parametrização de distância e velocidade, que garantiu bons resultados de erro e credibilidade, além de robustez dos algoritmos, elevando a taxa de convergência dos que tiveram problema. |
Abstract: | This master’s thesis presents an evaluation of different Bearing-Only Tracking algorithms based on Kalman Filters, aiming to subsidize an implementation in the combat support system developed by Brazilian Navy’s Research Institute. Nine algorithms were studied, seven of which developed specifically for this problem and one of them being a form of initialization running filters in parallel that can be applied to all of them. The models were simulated in 15 scenarios, combining 5 ways of initialization problem and 3 ways of observer and target ships movement. The results were compared regarding mean squared-error metrics for range and target velocity estimation (considering Cramér-Rao Lower Bound as minimum error reference), credibility of predictions, based on the accuracy of prediction error estimation, besides route convergence and algorithm stability rates. Results showed there was not a single dominant solution. The two models based on polar coordinates presented stability problems, two other models had convergence issue in some scenarios, and a fifth model reached 100% of onvergence rate, but having higher error level. The algorithms Bias- Compensated Pseudo-Linear Kalman Filter (BC-PLKF), Ensemble Kalman Filter (EnKF) and Selective Angle Measurements Instrumental Variable-Based Kalman Filter (SAM-IVKF) stood out, reaching best overall results regarding estimation error and credibility in all scenarios and then they were recommended for a future application. In addition, initialization based on the range and velocity parameterization was indicated, which ensured superior performance in terms of error and credibility, and greater robustness of the algorithms, increasing the convergence rate of those that had a problem. |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
URI: | https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/846307 |
Tipo: | Dissertação |
Aparece nas coleções: | Operações Navais: Coleção de Dissertações |
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