TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.7, July 201 4, pp . 5305 ~ 53 1 5   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i7.529 0          5305     Re cei v ed  De cem ber 5, 20 13; Re vised Janua ry 1 8 , 20 14; Accepted  February 12,  2014   Anti-interference Tracking Methods of Maneuvering  Target for Struc t ure Random Jump Systems      Jianfe ng Wu *, Shucai Hu ang, Xiao y a n Wu , Yu Zhong, Hong xia Kang, Che ngjing Li  Air and Miss ile  Defens e Col l e ge, Air F o rce Engi neer in g Uni v ersit y   1 # Cha n g l e E a st Road,  Xi’ a n ,  71005 1, Chi n *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l w j f1 33 1@1 6 3 .com       A b st r a ct   In this article, a study of anti - interfere n ce tra ckin g  method  of mane uver i ng target for n onli n e a r   structure rand o m  ju mp systems (SRJSs) w i th  rando m in terf e r ence w a s inve stigated. Invie w  of the rando interference  pr oblem  of the tracki ng system , the nonlinear  Gaussian a ppr oxim ation filter ing (NGAF) was   app lie d to achi eve anti-i n terfe r ence tr acki ng  of man euv erin g target in obs ervatio n  nois e s  environ ment  w i th  the pip i n terfer ence si gna l. Inview  of  the defects of the NG AF  algorith m , bootstrap f ilter i ng (BSF ) algor i t hm  of SRJSs w a s  app li ed to  av oid th e l o ss of  infor m ati on c ause d  by  ne gl ecting t he  hig her-or der ter m s. A   me an ingfu l  exa m p l e of rad a r/IR dual- m od e compo und se ek er is presente d  to illust rate the effectiveness  of   the a u thors me thods, th e p e rformanc es  of  e x tende d K a l m a n  filteri n g  (E K F ), NGAF  and  BSF  in  ter m s  of   stability,  accur a cy a nd c o mp utation a l c o mp lexity w e re  co mp are d . The   purp o se  of thi s  pa per w a s  t o   de mo nstrate th e effectiven ess  of applyi ng the  NGAF  and  BSF  on anti-interf erenc e target trackin g  prob le ms   of SRJSs, w h ic h in  the  past th e factors of r a n d o m n e ss  a nd s t ructure u n cert ainti e s ch aract e ristics h ad  be e n   rarely c onsi der ed for th e studi es of  man euv e r ing tar get  trac king,  mostly th e stru ctures a n d  the  para m ete r s   of the trackin g   system w e re i n varia n t and c e r t ainty,  and  ha d  typically  be en  solve d  by Ka l m a n  or  extend ed   Kal m a n  filters.     Ke y w ords   structure rand om j u mp sys tems (SRJSs) ,  target tacking, anti- i n terferenc e, nonl i near   Gaussia n  ap pr oxi m ate filter in (NGAF ) , bootstrap filterin g (BSF   Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  Structu r e ra n dom jump  sy stem s (SRJS s ) exte n s ivel y exist in prac tice, whic h involv e   both ra ndom ness a nd st ructure un ce rt ainties  cha r a c teri stics [1]. SRJS s hav e been  used  to   model th system  with v a riabl e p a ra meters a nd  stru ctures ca use d  by  su d den  enviro n m en cha nge s, wo rking mo de s switch, interfe r ence ex ists, faults o c curre d  in comp one nts and sudd en  target m o tori ze s et c. in m any field s  su ch  as targ et trackin g  [2, 3] , pro c e s s mo nitoring  an d f ault  detectio n  [4]. However, in  the past, the  studie s  of  m aneuve r ing t a rget tra c kin g  rarely co nsider  factors above  mentions, m o stly t he stru cture s  an d the param eter s of the tracki ng system a r e   invariant and  certai nty.  Moreover,  info rm ation  p r o c e s sing p r obl em i n  inthe r feren c enviro n me nt  also i s  one of  the hot spots in the field of rando mne s s system [5].  For th e ma n euverin g targ et trackin g  p r oblem, the  Kalman filter (KF) meth od i s  o ne of  the most po p u lar tool s u s e d  to estimate  states fro m  system s [6, 7]. It may be applied o n  line a dynamic sy stems i n  the  p r esen ce  of G aussia n  white noi se, a n d  it provid es  an el egant  a nd  statistically optimal solution by minimi zing t he m e a n -squa re d e s timation erro r. Ho weve r,  in   pra c t i ce,  all  sy st em s in n a t u re a r e in  f a ct  nonlin ea r, esp e cially  in mane rving  target tracki ng   system, su ch  that linear estimation techniqu es  may  not be used  to provide optimal solutio n s.   For thi s   rea s on, subo ptimal techniq ues may be  ap p lied to  handl e the  nonlin e a rities, it s m a in   idea i s  linea filtering for  n online a syst em. Such  te chniqu es in clu de the exten ded Kalm an f ilter   (EKF), it is a  popul ar  exten s ion  of the K F  and  is com m only u s ed  i n  targ et tra c ki ng [8, 9]. It u s e s   partial de rivatives of the nonlinea rities in  the  state dynamic an d me asu r em ent model s, such that  lineari z e d  ap proximatio ns  are obt ained  and then u s e d  in the estim a tion pro c e ss [10]. But due to   the informatio n loss in the l i neari z atio n process, the perform an ce of EKF algorithm are difficult  to satisfy the  actual  req u ire m ents in  som e  appli c at ion s , and m o re i m porta nt is that it difficult to   c o pe  w i th  r and o m  in te r f er en c e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5305 – 53 15   5306 In actual  pro c e ss  of man euverin g targ et tr ackin g , the target di scha rge s  th rand om  in te r f e r e n c e   ( s uc h as  pho to e l ec tr ic inte r f e r en ce, a c tive or pa ssive inte rference et c), t h e   informatio n o f  target tracki ng brea ks off  or re su m e s,  the detectin g  sen s o r s switch ea ch oth e and so on, all above men t ion situation s  ca n lead  to  sharp jump  of t he syste m  stru cture  and  pare m eters at  ra ndom   times, whi c h  make great   ch allen ge i n  solving th e target tra c king   probl em s. In t h is  case, the  perfo rmances of cl assi cal  Ka lman filter  will declin rapidly, and ev en   has th e ph e nomen on of  diverge n ce. Ho wever,  n online a r G a u ssi an a pproximation filteri ng  (NGAF) al gorithm of SR JSs  has satisf actory per formances in accuracy  and  stability, and the   ca culatio n  is much le ss t han the  opti m al filter ing  algorith m  of  the discrete-t i me SRJSs [ 11].  Therefore, NGAF algo rithm is a kind al gorithm  of mo re suita b le for practi cal en g i neeri ng.   Although th rand om inte rf eren ce  probl ems  are   solv ed by the  ant i-interfe r en ce  trackin g   algorith m  ba sed  on NGA F  algo rithm, but it has  th e defe c ts in  solving the  system analy s is  probl em s [11, 12]. Since the unco nditional posterior probability den sity functions (PDFs) of the   system stat e s  are the  wei ghted  s u m of  t he st ruct u r e  jump v e ct ors, so even th e sub s ystem  is  linear  und er each st ru cture  state,  b u t its initial  states  and t he noi se  distribution s  a r e  the  Gau ssi an di stribution, the  uncondition al and  co ndi tional PDF s   of the syste m  state s  are  no  longe r the G aussia n  distri bution.  If the Gaussia n  di stributio n is  app lie d to ap proximate, it will  inevitably lead to the decli ne of the performan ce s of  the filter. Inview of  the de fects existin g  in   the NGAF  m e thod, Bootst rap filt eri ng (BSF) is a  ne w no nlinea r fi ltering m e tho d  ba sed  on S m ith   sampli ng the o rem, which i s  not st rict li mited by  the system initial  state  and  noi se di strib u tio n  for   S R JS s.   Inspired by th e above m o tivations, in thi s  pa per, thre e filters (t he  comm only u s ed EKF NGAF, a n d  the  relatively  new BSF) are ap plied  to  deal  with  ant i-interfe r en ce  targ et tra c ki ng  probl em of radar/IR  dual -mode  com p o und  see k e r  [13], and the  perfo rman ces in te rm of  stability, accuracy and co m putation are compared.   The  org ani za tion of thi s  p aper is a s  foll ows.  In Se cti on 2,  we  de scrib e   NGAF   algorith m   to deal  with  random  inte rferen ce  p r obl em. In Se ctio n 3,  we  prop ose  BSF al go rithm to  deal   with  the loss of information  ca use d   by negl ecting the hi gher-o rde r  terms   in NGAF  algorithm. T h e   obje c tive of  Section  4 i s   to demo n st ra te the  effe ctiveness  of the metho d s with a si mulati on  example. Fin a lly, the concl u sio n s a r e d r awn in Se ctio n 5.      2. Nonlinear  Gaussi an Ap proximate Fi ltering   2.1. Gaussia n  Appro x imate Filtering   For the  ca se of linear  system with  Gau ssi an wh ite noise, th e state equ a t ion an d   observation e quation of the  target motion  may be described  sep a rately as follows:    (1 ) ( , ) ( ) ( , ) (1 , ) ( 1 ) ( , 1 ) ( 1) ( , 1) ks k k s k s SM ks k k s k    XF X w ZH X v                                (1)    Whe r () k X is the  state vecto r  and  () k Z is the correpo nding  observation v e ctor  at time  k (, ) sk w and  (, ) sk v  denote pro c e ss n o ise and ob se rvation noi se,  s  is the structu r e label of the  system and   d e scrib ed by  condi tion al  Ma rkov ch ain wi th  M finite s t ates (, ) sk F and  (, ) sk H   are kno w n fu nction mat r ix.  Assu me that  all noi ses  are  zero-m ean  G aussi a n  ra nd om se que nce s  an d ind epe ndent of  each othe r. In additio n , th e initial value s  of the ta rg e t  state al so o bey Gau s sia n  dist ributio n, and   are ind epe nd ent with all no ise s , namely:    ( , ) [ ( , ) ( ,) , ( ,) ] ( , ) [ ( , ) ( ,) , ( ,) ] [, ] s ks k s k s k sk s k sk s k w v (s ) ( s ) (s ) ( s ) 00 0 0 wN w vN v XN X m                                                                (2)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Anti-interfe re nce T r a cki ng  Method s of Maneu ve ring T a rget for Stru cture  (Jianf eng Wu)  5307 Whe r (s ) 0 X is the target i n itial state  of  s st r u ct ur e, () ( ) tE t mX   () () ( ) () ( ) T tE t t t t  Xm Xm , the func tion  , N  α denote s  th at the  rand o m   vectors obey  -mea n Gau ssian distri butio n with a varia n ce of  α .   In order to  si mplicity for writing,  th e ti me  k  is  omitted, thus   assume that  (1 ) ss k  () rs k 1 (1 ) k k  zZ [( 0 ) , ( 1 ) , , ( 1 ) , ( ) ] k kk  ZZ Z Z Z .   Acco rdi ng  to Equation (1)~(2),  the  co ndi tional tran siti on PDF  [( 1 ) , ] f kr XX  of the   target motion  state  (1 ) k X is defin ed as follo ws:    [( 1 ) , ] [( 1 ) ( ) , ( ) ] [( 1 ) ( , )( , ) ( , ) , ( , ) ] fk r f k k s k k r k k rk r k rk   w XX XX NX F X                     (3)    The  con d ition a l tran sition P D 1 [( 1 ) , ] k f ks zX  of the ob servatio n ve ctor  (1 ) k Z is  defined a s  fol l ows:    11 [ ( 1 ) , ] [ ( ,1 ) ( 1 , ) ( ,1 ) , ( , 1 ) ] kk f k s s k k sk sk sk   v zX N z H m  (4)     Assu me that  the proces of stru cture j u mp h a not hing to  d o  wi th the sy ste m  state, it  only depe nd s on the forme r  stru ctu r e st ate of t he system, and th us the tra n siti on pro bability  o f   stru cture stat e has the foll owin g relatio n  establi s h e d .     () [, 1 ( ) , , ] [, 1 , ] ( 1 , ) sr qs k k r k qs k r k q k k  X                                  (5)    Since the  ra ndom jum p  a nd switchi ng  of the  syste m  stru cture, t he distri butio n of the   target motion  state no long er obei es  Ga ussian type, so the co nditi onal PDF [( ) , ] k fk r xZ may  be obtain ed b y  Gaussian a pproxim ate method a s  follo ws:     [( ) , ] [ ( ) ( , ) , ( , ) ] k f kr k k r k k r k XZ N X m                                              (6)    Therefore, G aussia n  app roximate filtering  equ ation s  can b e  de ri ved by usin g  optimal  filtering equ ations of di scre te time SRJS s  as follo ws [ 14].   (a) the  state predi ction:     ( 1 ,) ( , ) ( ,) ( , ) k r k r k k rk rk  mF m                                                   (7)    (b) the  covari ance pre d icti on:    ( 1 , ) (, ) ( , ) (, ) ( , ) T k r k r k k rk rk rk  w FF                                    (8)    (c) the mixed  st ate predicti on:    11 () () ( , 1, ) ( 1, ) kk s rs r sk r k k r k   mm K e                                                (9)    (d) the mixed  covari an ce p r edictio n:    () 1 (, 1 , ) [ (, 1 ) ] ( 1 , ) sr k sk r k sk k r k  IK H                                 (10)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5305 – 53 15   5308 (e) the  state estimation:     () ( ) () 11 1 () ( ) () 11 1 (1 , ) [ 0 , ] ( ) ( , 1 , ) (1 , 1 ) (1 , ) [ 0 , ] ( ) M sr sr sr k ke k r M sr sr sr k ke k r qk k f r s k r k ks k qk k f r     Ne Z m m Ne Z       (11)    (f) the c o varianc e  es timation:    ( ) () () 1 11 1 ( ) () () 1 11 1 (1 , ) [ 0 , ] ( ) ( 1 ,1 ) ( ,1 , ) (1 , ) [ 0 , ] ( ) [( , 1 , ) ( 1 , ) ] [ ( , 1 , ) ( 1 , ) ] M sr sr sr k ke k r M sr sr sr k ke k r T qk k f r ks k s k r k qk k f r sk r k k s k s k r k k sk     Ne Z Ne Z mm mm            (12)    (g)  synthe size the state estimation:    1 1 (1 ) ( ) ( 1 , 1 ) M k s kf s k s k  mZ m                                             (13)    (h)  s y nthes i ze the c o varianc e  es timation:    1 1 ( 1 ) ( ) ( 1, 1 ) [ ( 1, 1 ) (1 ) ] [ (1 , 1 ) ( 1 ) ] M k s T kf s k s k k s k kk s k k   Zm mm m                     (14)    (i) the conditi onal PDF of t he syste m  structure state:     () () ( ) 11 1 1 () () ( ) 11 11 (1 , ) [ 0 , ] ( ) () (1 , ) [ 0 , ] ( ) M sr sr sr k ke k k r MM s rs r s r k ke k sr qk k f r fs qk k f r     Ne Z Z Ne Z                            (15)    Whe r e,     () 11 () 1 () ( ) 1 11 (, 1 ) ( 1 , ) (, 1 ) (, 1 ) ( 1 , ) (, 1 ) ( , 1 ) (1 , ) ( , 1 ) [ ] sr kk sr T ek sr T s r ke k sk k r k s k sk k r k s k s k kr k s k      v ez H m HH KH                              (16)    The initial co ndition s are  calcul ated a s  follows:     ( ) () () 00 0 () ( ) 00 ( ) () () 00 0 () () 00 () () () 1 00 0 () () 0 0 () () 0 0 (0 ) ( , 0 ) ( , 0) ( , 0) ( , 0) (0 , 0 ) (0 , 0 ) [ ( , 0 ) ] (, 0 ) [ ] [( 0 ) ] [ 0 , ] [( 0 ) ] [( 0 ) ] [ 0 , ss s ss T e ss s ss ss T s e s s e s s e s ss s s ss s qs i fs i qs j      v eZ H m HH mm K e IK H KH Ne Ne    1 (1 , 2 , , ) ] N j iM             (17)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Anti-interfe re nce T r a cki ng  Method s of Maneu ve ring T a rget for Stru cture  (Jianf eng Wu)  5309 2.2. Impro v e d  Gaussia n  Appro x imate  Filtering for  Nonlinear sy stems   The ob se rvation equ ation is linea r abov e disc u s sed a l gorithm. However, the observation   equatio ns of  rad a r/IR du al-mo de com poun see k e r  are n onlin ear [1 3], here Taylor seri es  expan sion m e thod i s  u s e d  by ce ntere d  on  ˆ (1 , ) kr k X , and the hig her-o rd er term (mo r e   than two-orde r) a r e negl ect ed [15].    ˆ (1 , ) (1 ) ( , ( 1 ) ) ( , 1 ) ˆ ˆ (, ( 1 , ) ) ( ( 1 ) ( 1 , ) ) ( , 1 ) kr k ks k s k s k rk k k rk s k    XX ZH X v H HX X X v X    (18 )     So the difference betwee n  the mea s u r eme n t value  and the p r e d iction valu e  in polar   c o ordinate is   as  follows :     ˆ (1 , ) ˆ (1 ) ( 1 ) ( 1 ) ˆ (( 1 ) ( 1 , ) ) ( , 1 ) kr k kk k k kk r k s k    XX ZZ Z H XX v X                  (19 )     From a bove  disscu ssed,  we can se e that  NGA F  algorith m  is a man e vui ng targ et  tracking   meth od  b a sed on “soft swithing ”  b e twe en  th e different m odel s, it bel o ngs to n onlin ea para m eters self-a dptive  filteri ng alg o ri thm, the outputs of th e s e model s are synthetical ly  caculated by  the pr obability whight s, thi s   will improve the  estimation accuracy  and  convergence  of the filtering algorithm.       3. Bootstr a p Filtering   The mai n  ide a  of Bootstra p filtering m e thod    is th at PDFs  are  re pre s ente d  to  a set of  rand om sam p les, the Bo otstrap filter  use s  ra ndo m  samplin g to transmit an d update the s sampl e s, an d  to ensure that these sam p les  a r e con c entrated in  the high pro bability densi t rang e [11, 12 ].    3.1. Smith Sampling The orem  Smith sa mpl i ng the o re m  is de scrib e d  a s  follo ws. Assume  the  ran dom  sampl e {( ) , 1 , } i ki N X  can be obta i ned from th e contino u PDFs  () x , and these sam p le s are   prop ortio n  to   () () L xx  in acco rd a n ce  with the  requi rem ent s of PDF s whe r () L x  is a  kno w n fun c ti on. A sampl e  is obtai ned  by the discrete distri buti on of  {( ) , 1 , } i ki N X , the  corre s p ondin g  prob ability factors of  () i k X  may be caculate d as follo ws:       1 [( ) ] () [( ) ] i i N j j k qk k LX LX                                                            (20 )     From  Smith  sampling  theo rem, it can  be  se en  that a s   N  tend s to  in finity, the dist ribution  tends to be n eede d pro b a b ility density. The ra ndom  sampl e {( ) , 1 , } i ki N X  are  obtaine d by  rand om sam p ling PDF s [( ) ] k fk XZ and the forecasting  sampl e s a r e obtain ed acco rdin g  to  kno w state  equation,  then acco rding to  th e app roxim a tion dist rib u tion of PDFs 1 [( 1 ) ] k fk XZ , the random  sampl e {( 1 ) ,1 , } i ki N  X  are  obtaine d after weig hted an update.   The state e q u a tion and o b servation eq ua tion of SRJSs are se pa ratel y  as follows:    (1 ) [ ( ) , ( ) , ( ) ] ( 1 ) [ (1 ) , (1 ) , ( 1 ) ] kk s k k kk s k k   Xf Xw Zh X v                                         (21 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5305 – 53 15   5310 Whe r e () k X  denot e the state v e ctor,  () k w  and  () k v  denote  syste m  noise an observatio n   noise,  () F  and  () H  a r e give n n onli near fun c tion,   () 1 , sk S M   is Ma rkov chain  with  M   finite states, its tran sition p r obability is a s  follows:     [, 1 ( ) , , ] ( , 1 , ) sr qs k k r k q k k  XX                                                             (22)    3.2. The step s of Boo t s t r a p Filtering   Bootstra p filtering of SRJSs mainly con s i s ts  of s e ven steps  as  follows  [11, 14].  Step 1: the  rand om  sam p les  {( 0 ) , 1 , } i iN X  are o b tained  by random  samp ling  according to known initial PDF  [( 0 ) ] q X  of the system  sta t e vect or, its initial condit i on is [ ( 0 ) (0 )] qs X [( 0 ) ] qs [( 0 ) ] q X  is defined  as follo ws:     1 [ ( 0) ] [ ( 0 ) ( 0) ] [ ( 0 ) ] M i qq s i q s i  XX                                                   (23)    Step 2: the  rand om  sam p les  () {( ) , 1 , , 1 , } s i ki N s M  w  are  o b tained  by random   sampli ng a c cordin g to kno w n PDF  [( ) ( ) ] qk s k w  of th e system n o ise vector.   Step 3: one  step p r e c a s ting sample () (1 ) s i k X are o b taine d  by the syst em state  equatio n,  () (1 ) s i k X  are  defined a s  follows:    () () ( 1 ) [ () , ( ) , () ] ss ii i kk s k k  Xf X w                                                      (24)    Step 4: the sample (1 ) i k X  are o b tained a s  fol l ows:    1 (1 ) ( 1 ) [ ( ) ] M s k ii j kk f s k j  X XZ                                                 (25)    Step 5: the n o rmali z e d  we ighted facto r s   {( 0 ) , 1 , } i iN X  are ca cula ted by equation   (24), namely  PDFs  of probability factors  (1 ) i qk  and the sy stem stru cture  1 (( 1 ) ) k fs k Z   are defin ed a s  follows:     1 1 1 1 11 [ ( 1) , ( 1) , ] (1 ) [ (1 ) ] [ ( 1) , ( 1) , ] M ik j k ii MN ik ji ks k j qk f k ks k j         AX z XZ A Xz               (26 )     1 1 1 1 11 [ ( 1) , ( 1) , ] (( 1 ) ) [( 1 ) , ( 1 ) , ] N ik k i MN ik ji ks k fs k ks k j        AX z Z A Xz                           (27 )     Whe r e,     1 1 11 [ ( 1) , ( 1) , ] [ ( 1) , ( ) , ( 1 ) , ( ) , ] MN k ik i j k lj ks k k k s ks k l     AX z A X x z Z      (28 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Anti-interfe re nce T r a cki ng  Method s of Maneu ve ring T a rget for Stru cture  (Jianf eng Wu)  5311 1 1 [( 1 ) , ( ) , ( 1 ) , ( ) , ] [( 1 ) , ( 1 ) ] [ ( 1 ) ( ) , ( ) ] [( 1 ) ( ) , ( ) ] [ ( ) ] [( ) ] k ij k ki i j kk jj kk s k s k f ks k f k k s k qs k s k k f k f s k    AX X z Z zX X X XX Z Z                        (29)    1 1 [( 1 ) , ( 1 ) ] { [ (1 ) , (1 ) , (1 ) ] } [ (1 ) ( 1 ) ] ( 1 ) ki ki fk s k ks k k q k s k d k     zX zh X v v v        (30)    Whe r e   ()   is Dirac   func tion.   Since the probability of each random sam p le   {( 1 ) , 1 , } i ki N  X is equ al, so [( 1 ) ( ) , ( ) ] 1 ij fk k s k XX , 1 [( ) ] k j fk N XZ Step 6: the random  sam p les  {( ) , 1 , } ui i N are extra c ted by the  uniform di stri bution (0 ,1 ) , and new ra ndom sample (1 ) ( 1 ) il kk  XX are o b taine d  by resam p li ng acco rdin g   to the probability factors (1 ) i qk , so a s  to  re alize th e up d a te and t r an smit process of the  rand om  sam p les. Th e ra ndom  sam p l e {( ) , 1 , } ui i N  satisfy the rel a tional  expre ssi on  as  follows   1 0 00 ( 1 ) ( ) ( 1) , ( 1) 0 ( 1 , ) ll jj jj qk u i qk q k l N                   (31 )     Step 7: the  e s timation val ue an d va ria n ce  of  the sy stem states  a nd  stru cture states  are   cal c ulate d  se parately a s  follows:    1 1 (1 ) ( 1 ) N i i kk N  mX                                                   (32 )     1 ˆ (1 ) a r g m a x [ ( 1 ) ] k sS sk f s k  Z                                              (33 )     1 1 ( 1 ) [ (1 ) ( 1 ) ] [ (1 ) ( 1 ) ] N T ii i kk k k k N  Xm X m               (34 )     So much fo r that, BSF algorithm of SRJSs ca n be re alize d  by loo p  runni ng the  pro c e ss  of step 2 to step 7.      4. Results a nd Analy s is  Assu me that  the targ et mo tion with  con s tant  a c celeration in two-d i mensi onal  pl ane, the   scanni ng p e ri od of  rad a a nd IR  se eker are   T . Th e consta nt a ccel e ration  (CA)  model  used f o the state equ ation of the target motion  i s  given by Equation (35 )  [16 ,  17].    22 22 10 0 / 2 0 / 4 0 01 0 0 0 / 2 0 00 1 0 / 2 0 / 4 (1 ) ( ) ( ) 00 0 1 0 0 / 2 00 00 1 0 1 0 00 00 0 1 0 1 TT T TT TT T kk k TT            XX w        (35)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5305 – 53 15   5312 Whe r e   12 T ww w () k w  denote Gau s s random  seq u e n ce  with ze ro  mean and v a rian ce  Q 1 w and   2 w   are in depe ndent  a nd have  the  same  varia n ce   2 ,   so   2 QI ,   and satisfy [( ) ] Ek 0 w , T [( ) ( ) ] = kj Ek j ww Q .   The state ve ctor of the targ et may be defined a s  follows:    ( ) () () () () () () T k x k x ky ky k x ky k   X                         (36 )     The first two  states  refe r to the po sition  and the velo city along the   x -ax i s, re spe c tiv e ly and th e n e xt two  state s   ref e r to  the  po sition a nd th e v e locity al ong   the  y -ax i s,  re spe c tiv e ly an d   the last two st ates ref e r to the accel e rati on alon g the  x -axi s and  y - a x i s,  re spe c t i v e ly Due to the i n fluen ce of e x ternal environment  (su c h as radio i n terfere n ce), the ra dar  measurement  erro rs exi s t the dra m atic j u mp at r and o m  times, nam ely the pip interferen ce sig nal  exist in the obse r vation sy stem, so the  observation e quation i s  as  follows:    11 1 (1 ) ( ( 1 ) ) ( , 1 ) ( 1 , 2 ) kk s k s S  Zh X v                              (37)    Whe r e,     1 (1 ) (1 ) (1 ) rk k k  Z                                                        (38 )     22 1 (1 ) ( 1 ) (( 1 ) ) (1 ) a r ct an (1 ) xk y k k yk xk        hX                                                         (39)    Here in  ord e r to di sting u ish th e st ructure lab e l   r  of the sy stem, the di stan ce  measurement  is ma rked r 1 (2 , ) k v  denote the  pip interfe r en ce  sign al. Since th e infra r e d   measurement  is  not affe cte d  by the  pip  i n terfer en ce  si gnal, thu s  th e  mea s u r eme n t  noise i s   zero - mean Ga ussi an distri butio n with a varia n ce of  2 () Rk The initial co ndition s of the syste m  n o is e, ob se rv ation noi se  and sy stem  state are   descri bed a s   follows:    () () ( ) ( ) 00 0 0 11 1 11 1 11 () [ ( ) 0 , ] [, ] (1 , ) [ ( 1 , ) , (1 , ) ] (2 , ) [ ( 2 , ) , (2 , ) ] (1 , ) ( 2 , ) ss s s kk kk k kk k kk 0 0 wN w Q XN X m vN v R vN v R RR                                           (40 )     The tran sition  proba bility of the system state is described a s  follows:    () (1 , ) ( , 1 , ) ( ) ( 1 , 2 ) sr qk k q s k r k q s s                                 (41)    Assu me that  the pro babil i ty of the pip  jamming signal  of  the observation noise  is  (2 ) 1 qs  . The initial  condition of the  simulatio n  ca n b e   writte n re sp ectively  as follo ws:   T =20 m s,   λ =0 .05,  R 1 (1, k )=diag[ 0.36 ×1 0 4 (m) 2 , 3×10 -6 (rad ) ],  R 1 (2 , k )=diag[ 9.0 × 10 4 (m) 2 , 7.5 × 10 - 6 (rad ) ],  R 2 ( k )= 10 -6 (r ad) 2 , 0 s m =[1000 0m, 300m/s, 400 0 m , 150m/s, 5 m /s 2 , 4m/s 2 ] T 2 =100.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Anti-interfe re nce T r a cki ng  Method s of Maneu ve ring T a rget for Stru cture  (Jianf eng Wu)  5313 All error  curv es applyin g  NGAF algo rit h are obtai ned by Monte Carl o simul a tion with   50 ru ns, an the simul a tio n  re sults a r sho w n in Fi g u re 1 - 5. We can se e that whether th e target  positio n e s timation, velocity estimation  and a c cele ration e s timation a r e very  close to th e a c tual   trajecto ry, the root mea n  squ a re e r ro (RMSE)  of the positio n est i mation of  x -axis is basi cally  maintaine d  at  abo ut 20m.   From  Figu re   5, we  can  cle a rly see th at t he e r ror  of NGAF alg o rith m is  much  small e r than EKF algorith m  tha t  without  co nsid erin g the  pip interference sig nal,  it  effectively overcome s the target tra c king  difficultie s  res u lt in  th e  r and o m  in te r f er en c e . O b viou s l y,   unde r the co ndition of ra ndom jum p   and vari able  in  noise ch ara c teri stics,  anti-interfe r ence  tracking  alg o rithm  ba se d on  NGAF  ca n a c curately track  the man euv ering  target, its  perfo rman ce s are sig n ifica n tly higher th an EKF.          Figure 1. Target Traje c tory       Figure 2. RM S Position Error   0 200 40 0 600 80 0 100 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 0 T r u e  tr aje c to r y E s timat e trajecto r y Ti me s t ep (k )     Figure 3. RM S Velocity Error          Figure 4. RM S Accele ratio n  Erro r       Figure 5. Position Average  Erro r       The sim u latio n  con d ition s   as ab ove me ntions, the  si mulation results co mpa r in g BSF   algorith m  wit h  NGAF alg o rithm are sho w n in Figu re  6-8. 500 g r ou ps of sam p le s are u s e d  in BSF   algorith m . Co mpared with  NGAF alg o rit h m, we ca see that the filtering  re sults  of BSF algorithm  are m o re  clo s e to the tru e  value from  the  simul a tion re sult s. F u rthe rmo r e,  RMSE of BSF   algorith m  is  much l e ss th an NAG F  alg o rithm, on  thi s  a c count we  can  see th at the perfo rma n ce of BSF algorithm is sig n ificantly supe rio r  to NGAF alg o rithm.           Figure 6. RM S Position Error     Figure 7. RM S Velocity Error       F i gure 8. RMS  Acceler a tion Er ror       Ho wever, BSF algorithm i s  req u ire d  to operatio n for each sampl e  in the sam p les set,  thus the  com putation of B S F algorith m   is mu ch  la rge r  than  NGAF  algorith m , an d its computa t ion  is m u ltiplied i n crea sed  wit h  the i n crea se of the   nu m ber of  sampl e s. A s  the  la w of l a rge  nu mber  can  be  se en t hat the tru e -v alue s of the  sample se t a r e clo s e  to rea l  values wh en  the num be o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 7, July 201 4:  5305 – 53 15   5314 sampl e s te n d s to infinity, therefo r e th e numb e of sampl e ha s a  certai n i n fluen ce o n   the   perfo rman ce s of BSF algorithm.  The comp ari s on  re sults  a r e sho w n in  Figur e 9-11,  whi c h the n u m ber  of sam p les i s   N =500 an N =100 0 re sp ectively. As can be  see n  from the simulation re sults, when t h e   sampli ng nu mber i s  dou bl ed, the perfo rmances  of  BSF algorithm  are alm o st no thing to impro v e,  but the co mp utation is  sign ificant ly incre a se d. Theref ore, in cre a si n g  the numb e r of sampl e may  not sig n ifica n t ly improve the pe rform a n c e s  of  BSF  algorith m , the re solvem e n t method  sh ould  con s id er sele cting  the app rop r iate sam p ling  n u mb e r s to si gnifica ntly redu ce t he computati on  without mu ch  loss of the p e rform a n c e s  of BSF algorithm.        Figure 9. RM S Position Error  Comp ari s ion     Figure 10. RMS Velocity  Erro r Com p a r ision       Figure 11. RMS Accele rat i on  Erro r Com p a r ision       5. Conclusio n  and future  w o r k   The  re sults o f  applying  NGAF an d BS F algo rithm  on a n ti-inte r feren c e  target  tra ckin g   probl em of SRJS s dem on strate its  sta b ility and  rob u stne ss. It is sho w n that  EKF perform poorly in the  pre s en ce of random inte rf eren ce a nd structu r e un ce rtainties. However, NGAF  and   BSF algo rith m are abl e t o  overco me  these  difficu lt ies, a nd p r ov ide a  stabl estimate  of the   states so b o th them  ha ve highe pe rforma nces  i n  a c cura cy  and  stability than EKF.  The  comp ari s o n  result s of NG AF and BSF  algorith m  d e mon s trate t hat BSF alg o rithm h a s b e tter   adapta b ility than NGAF algorith m . Firstly, NGAF  algorithm i s  lineari z ed b y  Taylor se ries  expan sion m e thod, so it has the lo ss  of inform atio n of higher o r de r term s. Seco ndly, NG AF   algorith m  h a s the  defe c ts  b y  Gau ssi an  a pproxim ate m e thod. Fi nally , NGAF  alg o ri thm only  use s   one sample  of the sampl e  sets to b e  the state  vari able s , by con t rast, the sa mple sets of BSF   algorith m  carries a la rge  a m ount of info rmation,  so  it  can  more a c curately re prese n t real  value  than  NGAF a l gorithm. Sin c e BSF  algo rithm is  not st rict limited  by  the sy stem i n itial state  an noise distri bu tion, so BSF algorithm m a y over co me  the defects  of NGAF alg o rithm, and i t perfo rman ce s is  signifi cantl y  supe rio r  to  NGAF  algo rithm. Ho weve r, the num ber  of sam p le s h a a certai n infl uen ce  on  th e a c curacy  a nd  com putati on of  BSF al gorithm. It i s  noted  that t h e   accuracy a n d  comp utation  are two  de si gner-cho se n perfo rman ce s and furthe r i n vestigatio n on  the quantified  relation bet ween tho s e pe rforman c e s  is  expecte d in future.        Ackn o w l e dg ements   We  want to  thank t he  helpful  com m ent s and sug g e s tion s from  the an onymou s   reviewers. T h is  wo rk  wa s sup p o r ted b y  the Na tu re  Scientific fu ndame n tal  Rese arch P r og ram   funded by Sh aanxi Provin cial Educat io n Dep a rtme nt (No. 201 2JM 8 020).       Referen ces   [1]  Simon D. Ka l m an F ilteri ng  w i t h  State Co n s traint s: A Surve y   of Lin ear a nd No nl ine a r A l gorit hms.  IET  Contro l T heory  and App lic atio ns . 2010; 4( 8): 130 3-13 18.   [2]  Z hao S, Liu  F .  State Esti mation i n  Non - line a Markov  Jump S y ste m w i th U n ce rtain S w itch in g   Proba bil i ties.  IET  Control T h e o ry and Ap pl ications . 20 12; 6  (5): 641-65 0.  [3]  McGinnit y  S, Ir w i n GW . Multiple Mo del B oot strap F ilter  for Maneuver ing T a rget  T r ackin g IEEE   T r ansactio n s o n  Aerosp ace a nd Electro n ic S ystems . 20 00; 36: 100 6-1 012.   [4]  Log othetis  A,  Krishn amurth y V. Expectati o n  Ma xi m i zati o n  Al gorithms  for MAP Estim a tion  of Jum p   Markov Li near  S y stems.  IEEE Transactions  on Signal Pr oc essing . 199 9; 47(8): 213 9-2 1 5 6 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.