多傳感器數據融合測試系統自測方法研究?

裘海蓉

(信息系統工程重點實驗室,江蘇南京 210007）

0 引 言

數據融合測試系統在軍事領域發揮著重要作用,保障著測試對象(如指揮系統、武器系統等)的安全性和有效性[1-2].數據融合測試系統集成了包括測試數據源、測試數據采集和測試數據處理等多種設備,通過對各類數據模擬器設置指定的探測參數,進而對被測數據融合系統的融合效果進行測試.這是一個動態測試的過程,在這個過程中,各測試數據源是否準確地按照指定的探測參數進行模擬,以及動態測試誤差的大小,直接決定了被測數據融合系統測試結果的準確性和有效性.因此測試被測數據融合系統前,必須對測試系統各設備進行自測,保證測試系統各設備工作正常,否則將無法保證測試系統的量值精度.按照國家對測試系統的要求,引入先進的管理思想,進行測試系統的量值狀態管理,科學設定校準門限,并且在每次測試前實施自測過程控制,自動報警、提示需要檢查的設備,是減少測試系統的自身誤差幾率,提高測試保障效率的有效途徑.

測試系統的自測保障是以系統的量值狀態監測為基礎,進行系統狀態趨勢的分析和預測,根據系統量值的結果進行決策,對測試系統進行有效保障.

1 測試系統自測體系

1.1 測試系統自測方法

通常測試系統的自測方法分為離位自測和原位自測兩種.離位自測是把測試系統看作獨立測試儀器的組合,自測工作被分解為針對每個儀器的單獨自測過程.原位自測則將測試系統作為一個具有測試功能的整體單元,定義統一的自測流程,被檢測的參數特性是被測設備測試所需要的,或是自測過程中必需的特性.原位自測克服了離位自測的許多缺點,滿足了測試系統整體自測的要求.數據融合測試系統進行自測時,采用原位自測方法.

1.2 測試系統自測體系規劃

測試系統自測體系如圖1所示.測試單位依據測試要求配備自測參考標準,同時,在系統內部配備參考標準的核查標準,實施自測過程控制.如果系統內部核查標準量值穩定,則確認系統自測通過.

圖1 數據融合測試系統自測體系Fig.1 Auto-testing system atic frame of the data fusion evaluation system

2 測試系統自測過程控制

2.1 自測過程控制方法

自測過程定義為一組相互關聯的,與實施測量有關的資源、活動和影響量.資源包括測試人員、測量設備、測量程序、測量方法等.影響量是指由環境條件引起的對自測結果有影響的各種因素.自測過程控制對核查標準的響應完全類似于對被測對象的響應,通過核查數據的統計分析,可以判斷整個測量期間的測量過程表現,達到測試目的.

測試系統內部具備各精度等級的工作標準(參考標準),同時依據測試要求配備核查標準,將工作標準與核查標準進行核查比對,生成量值核查樣本,建立核查數據庫,對核查數據進行統計分析,分析其是否受控,從而判斷系統是否穩定.通過測試前的核查可以及時發現系統量值的變化,使之保持在規定的誤差要求范圍之內,是其具備對被測系統進行測評的條件.

2.2 自測過程控制的統計方法

測試系統的自測過程是一個動態測試過程,也就是被測量為變量的連續測量過程[3],在這個動態測試過程中必然形成動態測試誤差,該誤差是動態測試結果減去被測變量的真值.由于引起動態測試誤差的因素要考慮變量的變化規律及特定、測試系統的動態特性以及干擾的影響,因此動態測試誤差是隨著測試時間變化的函數,其性能指標可用峰值誤差和均方誤差來表示[4].

自測過程控制的統計方法可采用控制圖的方法.主要監控自測過程中的均值、標準差或極差的變化趨勢,從而監控量值漂移,其中控制圖方法應用最廣.

假設有一組數值 x1,x2,x3,…,xi,i=1,2,…,N,其均值為

控制圖是對過程統計受控狀態的一種識別、檢測和預測的工具,用來描述過程輸出控制質量波動狀況控制圖的種類很多,按照用途,可分為分析用控制圖與控制用控制圖;按照監控的數據類型,可分為計量值控制圖和計數值控制圖.針對數據融合系統測量參數,推薦使用平均值控制圖和極差控制圖,也可用標準偏差控制圖代替極差控制圖.

3 應用實例

多雷達數據融合測試系統的自測環境由測試系統以及仿真劇情二部分組成,如圖2所示,通過自測即能完成系統的自測任務.

測試系統包括測試數據處理服務器和測試評估服務器,通過對各探測信源的測試,提供各探測信源的自測結果.仿真劇情提供環境需要的劇情和仿真信源.包括劇情模擬器、標準信源模擬器、對空雷達模擬器1、對空雷達模擬器2、對空雷達模擬器3、對空雷達模擬器4.

自測想定中,設定 4部對空雷達,站號分別為101站、102站、103站和104站,共探測空中目標10批,飛行時間為12m in 18 s.自測數據根據探測源設置分為無誤差和指定探測源誤差兩類,具體結果為:①設置探測源無誤差時,對4部空雷達進行自測,得到對空雷達自測結果如表1所示.其中,對空雷達橫向偏差均方根差如圖3所示.②對各探測源設置如表2所示的指定探測源誤差.

圖2 數據融合測試系統自測環境Fig.2 Auto-testing environmen t of the data fusion evaluation system

圖3 對空雷達橫向偏差均方根誤差柱狀圖(無誤差)Fig.3 H istogram o f antiaircraft radars'transversewarp m ean square error(non-error)

圖4 對空雷達橫向偏差均方根誤差柱狀圖(指定誤差)Fig.4 Histogram of an tiaircraft radars'transversewarp m ean square error(appointed error)

表1 對空雷達自測結果(無誤差)Tab.1 Antiaircraft radars'au to-testing results(non-error)

表2 對空雷達基本參數表(指定誤差)Tab.2 Antiaircraft radars'main param eters(appoin ted error)

對4部對空雷達進行自測,得到對空雷達自測結果如表3所示.其中,對空雷達橫向偏差均方根差如圖4所示.由以上兩組數據可以看出,自測數據與模擬器設定誤差基本一致,提供的動態測試誤差也基本滿足動態測試的要求,證明該平臺具備對被測數據融合系統進行測試的能力.

表3 對空雷達自測結果(指定誤差)Tab.3 An tiaircraft radars'auto-testing results(appoin ted er ror)

4 結 論

數據融合測試系統由于集成了大量的設備,測試過程具有信息種類多、精度高等特點,測試過程中引起的動態測試誤差的因素也更多、更復雜.本文提出了對信息融合測試系統進行自測的體系及方法,全面監控測試系統的量值狀態,并且開發了相應的軟件工具,進行了實例驗證,實驗表明,通過對信息融合測試系統的自測,有助于發現測試過程中的誤差源,減小或消除相應的誤差,提高測試數據的置信度,進一步保證了測試結果的準確性和有效性,同時也證明自測是測試過程中必不可少的環節.由于信息融合測試系統自測是一種全新的測試保障方法,尚在發展完善中,有許多問題還待于進一步討論研究.

[1] 田杰.多傳感器信息融合性能的測試與評估[J].計算機工程,2003,29(10):84-85.

Tian Jie.Testing and evaluation ofmu lti-sensor in formation fusion[J].Computer Engineering,2003,29(10):84-85.(in Chinese)

[2] 徐丹.信息融合系統性能測試指標和方法研究[J].江蘇科技大學學報,2005,19(6):45-49.

Xu Dan.A Study of testing guide and method for information fusion system[J].Transaction of Jiangsu University of Science and Technology,2005,19(6):45-49.(Chinese)

[3] 于渤,楊孝仁,劉智敏.國際通用計量學基本名詞[M].第2版.北京:中國計量出版社,1996.

[4] 張志杰.動態測試的誤差分析方法研究[J].測試技術學報,2004,18(2):139-142.

Zhang Zhijie.Research on error analysis in dynam icmeasurement[J].Journalof Testand Measurement Technology,2004,18(2):139-142.(in Chinese)