基于多探測器組網(wǎng)的數(shù)據(jù)融合算法研究

摘 要 文章從未來戰(zhàn)爭環(huán)境出發(fā)，建立多探測器組網(wǎng)探測目標模式，針對數(shù)據(jù)融合中存在的坐標轉(zhuǎn)換、時標統(tǒng)一和航跡關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵算法進行研究，給出了科學的計算公式，為數(shù)據(jù)融合的仿真計算、模型建立等具有指導意義。

關(guān)鍵詞 多探測器；組網(wǎng)；坐標轉(zhuǎn)換；時標統(tǒng)一；航跡關(guān)聯(lián)

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0074-01

近些年來，隨著高新技術(shù)不斷應用在軍事領(lǐng)域，數(shù)據(jù)融合技術(shù)受到人們普遍關(guān)注，數(shù)據(jù)融合現(xiàn)已被軍事領(lǐng)域和民營領(lǐng)域廣泛采用，特別是基于多探測器探測數(shù)據(jù)的融合，對于提高探測精度、消除探測盲區(qū)有著較高的軍事和經(jīng)濟價值[1]。

1 多探測器探測數(shù)據(jù)融合特點分析

單探測器對目標信息數(shù)據(jù)的探測和多探測器對目標數(shù)據(jù)的探測在原理上沒有區(qū)別，但在數(shù)據(jù)處理上有很大的差異。組網(wǎng)給出的目標信息是網(wǎng)內(nèi)多探測器探測的目標信息進行融合后的結(jié)果。

基于多探測器的數(shù)據(jù)融合需要解決以下幾個問題：

1）組網(wǎng)的系統(tǒng)誤差校正；

2）探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換；

3）探測數(shù)據(jù)的時間同步處理；

4）探測數(shù)據(jù)的算法研究。

2 探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換方法[2]

因為各探測器所處的位置不同，其探測數(shù)據(jù)是以探測器本身為中心的，必須要經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換，換算成以基準點為中心的數(shù)據(jù)才能進行數(shù)據(jù)融合。為了減小數(shù)據(jù)處理的誤差，一定要避免近似計算[3]。

2.1 探測器探測數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換

多探測器探測目標的位置信息需要在統(tǒng)一的坐標系中表達，這就涉及統(tǒng)一坐標系的選定和探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換。

一般來說，在計算中應當選取一個定點作為坐標系的原點，因為這樣可以很清晰的描述目標相對于地球的具體位置。在這里我們選取地球的中心作為坐標系的原點，用極坐標表示為，其中表示第i個目標與坐標原點之間的距離，表示第i個目標的大地經(jīng)度，表示第i個目標的大地緯度。在以大地中心為原點的直角坐標系中（正北為Z軸）橢圓方程為[4]：

進行微分處理得到切線方程為：

得到法線方向的角度方程為：

其中為緯度方向上某一點的法線與x軸之間的夾角。

假設(shè)探測器的坐標為，用迪卡爾坐標系表達為，其中x軸指向正北，z軸指向曲面的法線方向，探測器探測目標位置信息為，轉(zhuǎn)換到迪卡爾坐標的轉(zhuǎn)換方程為：

2.2 探測報文的時標統(tǒng)一[4]

通常情況下，各探測器的數(shù)據(jù)采集周期不同，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的時標也不同，要進行航跡關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)融合，就必須進行時間對準。時間對準就是將不同探測器在不同時間探測的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個時間基準時標上。下面以兩個探測器為例進行說明。

假設(shè)探測器1的掃描周期為，探測器2的掃描周期為，且。圖1給出了探測器1和探測器2的一個探測序列。時間對準按以下方法進行：

圖1 探測器1、2的探測時間序列

1）每隔時間進行一個對準處理。設(shè)定開始時刻為0，生成一個處理時刻序列。利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時記錄探測器的觀測時間，直到檢測到探測器輸出了新的數(shù)據(jù)報文，用新的報文更新舊的報文。

2）在時間間隔中，探測器發(fā)送的報文時標分別為和，在對時刻數(shù)據(jù)處理時，若，則把探測器2在是時刻的數(shù)據(jù)差值推導到；若，則把探測器1在是時刻的數(shù)據(jù)差值推導到。在每個數(shù)據(jù)處理時刻進行以上時間對準操作，則保證兩個探測器對同一目標的報文時標是一致的。

同理，可以對多個探測器進行時標對準，以得到同一時標下的探測信息，以便與數(shù)據(jù)融合處理。

2.3 航跡關(guān)聯(lián)

多探測器組成網(wǎng)絡(luò)，采用分布式數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)，各探測器均有自身的數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)，由于目標眾多，各探測器同時收集了大量的目標航跡信息，如何判別不同探測器上報的航跡信息為同一目標航跡，對于數(shù)據(jù)融合至關(guān)重要。當上報航跡信息相距較遠且沒有干擾、氣象雜波等情況下，航跡關(guān)聯(lián)較為簡單；當目標較多，且存在各種干擾時，航跡關(guān)聯(lián)就很復雜。以下以修正法介紹航跡關(guān)聯(lián)算法。

多探測器的估計誤差之間不總是統(tǒng)計獨立的，首先要計算估計誤差的互協(xié)方差矩陣，它是具有初始狀態(tài)的線性遞推式：

由于這種方法是直接加權(quán)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此稱為修正法。

3 結(jié)束語

未來戰(zhàn)爭中電子對抗越來越激烈，利用單探測器對目標進行定位效果將越來越差，如何有效提高目標定位精度是決定未來戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵因素。本文介紹多探測器組網(wǎng)融合技術(shù)，重點就坐標轉(zhuǎn)換、時標統(tǒng)一、航跡關(guān)聯(lián)等算法進行了分析說明。有效的對多探測器反饋數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合對于提高探測器作戰(zhàn)使用效能、減小測量誤差具有深遠的軍事經(jīng)濟價值。

參考文獻

[1]宋慶大.關(guān)于分布式雷達組網(wǎng)的技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導報，2009（6）.

[2]王歡.基于雷達組網(wǎng)中新技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代雷達，2007（1）.

[3]楊敏.淺談雷達組網(wǎng)技術(shù)[J].裝備與技術(shù)，2006（1）.

[4]趙興錄.防空制導雷達組網(wǎng)及其發(fā)展[J].雷達科學與技術(shù)，2003（4）.

[5]徐軍.分布式雷達組網(wǎng)模型研究[J].現(xiàn)代雷達，2003（12）.

作者簡介

張宏銘（1965-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint

摘 要 文章從未來戰(zhàn)爭環(huán)境出發(fā)，建立多探測器組網(wǎng)探測目標模式，針對數(shù)據(jù)融合中存在的坐標轉(zhuǎn)換、時標統(tǒng)一和航跡關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵算法進行研究，給出了科學的計算公式，為數(shù)據(jù)融合的仿真計算、模型建立等具有指導意義。

關(guān)鍵詞 多探測器；組網(wǎng)；坐標轉(zhuǎn)換；時標統(tǒng)一；航跡關(guān)聯(lián)

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0074-01

近些年來，隨著高新技術(shù)不斷應用在軍事領(lǐng)域，數(shù)據(jù)融合技術(shù)受到人們普遍關(guān)注，數(shù)據(jù)融合現(xiàn)已被軍事領(lǐng)域和民營領(lǐng)域廣泛采用，特別是基于多探測器探測數(shù)據(jù)的融合，對于提高探測精度、消除探測盲區(qū)有著較高的軍事和經(jīng)濟價值[1]。

1 多探測器探測數(shù)據(jù)融合特點分析

單探測器對目標信息數(shù)據(jù)的探測和多探測器對目標數(shù)據(jù)的探測在原理上沒有區(qū)別，但在數(shù)據(jù)處理上有很大的差異。組網(wǎng)給出的目標信息是網(wǎng)內(nèi)多探測器探測的目標信息進行融合后的結(jié)果。

基于多探測器的數(shù)據(jù)融合需要解決以下幾個問題：

1）組網(wǎng)的系統(tǒng)誤差校正；

2）探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換；

3）探測數(shù)據(jù)的時間同步處理；

4）探測數(shù)據(jù)的算法研究。

2 探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換方法[2]

因為各探測器所處的位置不同，其探測數(shù)據(jù)是以探測器本身為中心的，必須要經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換，換算成以基準點為中心的數(shù)據(jù)才能進行數(shù)據(jù)融合。為了減小數(shù)據(jù)處理的誤差，一定要避免近似計算[3]。

2.1 探測器探測數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換

多探測器探測目標的位置信息需要在統(tǒng)一的坐標系中表達，這就涉及統(tǒng)一坐標系的選定和探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換。

一般來說，在計算中應當選取一個定點作為坐標系的原點，因為這樣可以很清晰的描述目標相對于地球的具體位置。在這里我們選取地球的中心作為坐標系的原點，用極坐標表示為，其中表示第i個目標與坐標原點之間的距離，表示第i個目標的大地經(jīng)度，表示第i個目標的大地緯度。在以大地中心為原點的直角坐標系中（正北為Z軸）橢圓方程為[4]：

進行微分處理得到切線方程為：

得到法線方向的角度方程為：

其中為緯度方向上某一點的法線與x軸之間的夾角。

假設(shè)探測器的坐標為，用迪卡爾坐標系表達為，其中x軸指向正北，z軸指向曲面的法線方向，探測器探測目標位置信息為，轉(zhuǎn)換到迪卡爾坐標的轉(zhuǎn)換方程為：

2.2 探測報文的時標統(tǒng)一[4]

通常情況下，各探測器的數(shù)據(jù)采集周期不同，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的時標也不同，要進行航跡關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)融合，就必須進行時間對準。時間對準就是將不同探測器在不同時間探測的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個時間基準時標上。下面以兩個探測器為例進行說明。

假設(shè)探測器1的掃描周期為，探測器2的掃描周期為，且。圖1給出了探測器1和探測器2的一個探測序列。時間對準按以下方法進行：

圖1 探測器1、2的探測時間序列

1）每隔時間進行一個對準處理。設(shè)定開始時刻為0，生成一個處理時刻序列。利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時記錄探測器的觀測時間，直到檢測到探測器輸出了新的數(shù)據(jù)報文，用新的報文更新舊的報文。

2）在時間間隔中，探測器發(fā)送的報文時標分別為和，在對時刻數(shù)據(jù)處理時，若，則把探測器2在是時刻的數(shù)據(jù)差值推導到；若，則把探測器1在是時刻的數(shù)據(jù)差值推導到。在每個數(shù)據(jù)處理時刻進行以上時間對準操作，則保證兩個探測器對同一目標的報文時標是一致的。

同理，可以對多個探測器進行時標對準，以得到同一時標下的探測信息，以便與數(shù)據(jù)融合處理。

2.3 航跡關(guān)聯(lián)

多探測器組成網(wǎng)絡(luò)，采用分布式數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)，各探測器均有自身的數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)，由于目標眾多，各探測器同時收集了大量的目標航跡信息，如何判別不同探測器上報的航跡信息為同一目標航跡，對于數(shù)據(jù)融合至關(guān)重要。當上報航跡信息相距較遠且沒有干擾、氣象雜波等情況下，航跡關(guān)聯(lián)較為簡單；當目標較多，且存在各種干擾時，航跡關(guān)聯(lián)就很復雜。以下以修正法介紹航跡關(guān)聯(lián)算法。

多探測器的估計誤差之間不總是統(tǒng)計獨立的，首先要計算估計誤差的互協(xié)方差矩陣，它是具有初始狀態(tài)的線性遞推式：

由于這種方法是直接加權(quán)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此稱為修正法。

3 結(jié)束語

未來戰(zhàn)爭中電子對抗越來越激烈，利用單探測器對目標進行定位效果將越來越差，如何有效提高目標定位精度是決定未來戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵因素。本文介紹多探測器組網(wǎng)融合技術(shù)，重點就坐標轉(zhuǎn)換、時標統(tǒng)一、航跡關(guān)聯(lián)等算法進行了分析說明。有效的對多探測器反饋數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合對于提高探測器作戰(zhàn)使用效能、減小測量誤差具有深遠的軍事經(jīng)濟價值。

參考文獻

[1]宋慶大.關(guān)于分布式雷達組網(wǎng)的技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導報，2009（6）.

[2]王歡.基于雷達組網(wǎng)中新技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代雷達，2007（1）.

[3]楊敏.淺談雷達組網(wǎng)技術(shù)[J].裝備與技術(shù)，2006（1）.

[4]趙興錄.防空制導雷達組網(wǎng)及其發(fā)展[J].雷達科學與技術(shù)，2003（4）.

[5]徐軍.分布式雷達組網(wǎng)模型研究[J].現(xiàn)代雷達，2003（12）.

作者簡介

張宏銘（1965-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint

摘 要 文章從未來戰(zhàn)爭環(huán)境出發(fā)，建立多探測器組網(wǎng)探測目標模式，針對數(shù)據(jù)融合中存在的坐標轉(zhuǎn)換、時標統(tǒng)一和航跡關(guān)聯(lián)等關(guān)鍵算法進行研究，給出了科學的計算公式，為數(shù)據(jù)融合的仿真計算、模型建立等具有指導意義。

關(guān)鍵詞 多探測器；組網(wǎng)；坐標轉(zhuǎn)換；時標統(tǒng)一；航跡關(guān)聯(lián)

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0074-01

近些年來，隨著高新技術(shù)不斷應用在軍事領(lǐng)域，數(shù)據(jù)融合技術(shù)受到人們普遍關(guān)注，數(shù)據(jù)融合現(xiàn)已被軍事領(lǐng)域和民營領(lǐng)域廣泛采用，特別是基于多探測器探測數(shù)據(jù)的融合，對于提高探測精度、消除探測盲區(qū)有著較高的軍事和經(jīng)濟價值[1]。

1 多探測器探測數(shù)據(jù)融合特點分析

單探測器對目標信息數(shù)據(jù)的探測和多探測器對目標數(shù)據(jù)的探測在原理上沒有區(qū)別，但在數(shù)據(jù)處理上有很大的差異。組網(wǎng)給出的目標信息是網(wǎng)內(nèi)多探測器探測的目標信息進行融合后的結(jié)果。

基于多探測器的數(shù)據(jù)融合需要解決以下幾個問題：

1）組網(wǎng)的系統(tǒng)誤差校正；

2）探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換；

3）探測數(shù)據(jù)的時間同步處理；

4）探測數(shù)據(jù)的算法研究。

2 探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換方法[2]

因為各探測器所處的位置不同，其探測數(shù)據(jù)是以探測器本身為中心的，必須要經(jīng)過坐標轉(zhuǎn)換，換算成以基準點為中心的數(shù)據(jù)才能進行數(shù)據(jù)融合。為了減小數(shù)據(jù)處理的誤差，一定要避免近似計算[3]。

2.1 探測器探測數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換

多探測器探測目標的位置信息需要在統(tǒng)一的坐標系中表達，這就涉及統(tǒng)一坐標系的選定和探測數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換。

一般來說，在計算中應當選取一個定點作為坐標系的原點，因為這樣可以很清晰的描述目標相對于地球的具體位置。在這里我們選取地球的中心作為坐標系的原點，用極坐標表示為，其中表示第i個目標與坐標原點之間的距離，表示第i個目標的大地經(jīng)度，表示第i個目標的大地緯度。在以大地中心為原點的直角坐標系中（正北為Z軸）橢圓方程為[4]：

進行微分處理得到切線方程為：

得到法線方向的角度方程為：

其中為緯度方向上某一點的法線與x軸之間的夾角。

假設(shè)探測器的坐標為，用迪卡爾坐標系表達為，其中x軸指向正北，z軸指向曲面的法線方向，探測器探測目標位置信息為，轉(zhuǎn)換到迪卡爾坐標的轉(zhuǎn)換方程為：

2.2 探測報文的時標統(tǒng)一[4]

通常情況下，各探測器的數(shù)據(jù)采集周期不同，因此發(fā)送的數(shù)據(jù)包中的時標也不同，要進行航跡關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)融合，就必須進行時間對準。時間對準就是將不同探測器在不同時間探測的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個時間基準時標上。下面以兩個探測器為例進行說明。

假設(shè)探測器1的掃描周期為，探測器2的掃描周期為，且。圖1給出了探測器1和探測器2的一個探測序列。時間對準按以下方法進行：

圖1 探測器1、2的探測時間序列

1）每隔時間進行一個對準處理。設(shè)定開始時刻為0，生成一個處理時刻序列。利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備實時記錄探測器的觀測時間，直到檢測到探測器輸出了新的數(shù)據(jù)報文，用新的報文更新舊的報文。

2）在時間間隔中，探測器發(fā)送的報文時標分別為和，在對時刻數(shù)據(jù)處理時，若，則把探測器2在是時刻的數(shù)據(jù)差值推導到；若，則把探測器1在是時刻的數(shù)據(jù)差值推導到。在每個數(shù)據(jù)處理時刻進行以上時間對準操作，則保證兩個探測器對同一目標的報文時標是一致的。

同理，可以對多個探測器進行時標對準，以得到同一時標下的探測信息，以便與數(shù)據(jù)融合處理。

2.3 航跡關(guān)聯(lián)

多探測器組成網(wǎng)絡(luò)，采用分布式數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)，各探測器均有自身的數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)，由于目標眾多，各探測器同時收集了大量的目標航跡信息，如何判別不同探測器上報的航跡信息為同一目標航跡，對于數(shù)據(jù)融合至關(guān)重要。當上報航跡信息相距較遠且沒有干擾、氣象雜波等情況下，航跡關(guān)聯(lián)較為簡單；當目標較多，且存在各種干擾時，航跡關(guān)聯(lián)就很復雜。以下以修正法介紹航跡關(guān)聯(lián)算法。

多探測器的估計誤差之間不總是統(tǒng)計獨立的，首先要計算估計誤差的互協(xié)方差矩陣，它是具有初始狀態(tài)的線性遞推式：

由于這種方法是直接加權(quán)法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此稱為修正法。

3 結(jié)束語

未來戰(zhàn)爭中電子對抗越來越激烈，利用單探測器對目標進行定位效果將越來越差，如何有效提高目標定位精度是決定未來戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵因素。本文介紹多探測器組網(wǎng)融合技術(shù)，重點就坐標轉(zhuǎn)換、時標統(tǒng)一、航跡關(guān)聯(lián)等算法進行了分析說明。有效的對多探測器反饋數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合對于提高探測器作戰(zhàn)使用效能、減小測量誤差具有深遠的軍事經(jīng)濟價值。

參考文獻

[1]宋慶大.關(guān)于分布式雷達組網(wǎng)的技術(shù)研究[J].科技創(chuàng)新導報，2009（6）.

[2]王歡.基于雷達組網(wǎng)中新技術(shù)的研究[J].現(xiàn)代雷達，2007（1）.

[3]楊敏.淺談雷達組網(wǎng)技術(shù)[J].裝備與技術(shù)，2006（1）.

[4]趙興錄.防空制導雷達組網(wǎng)及其發(fā)展[J].雷達科學與技術(shù)，2003（4）.

[5]徐軍.分布式雷達組網(wǎng)模型研究[J].現(xiàn)代雷達，2003（12）.

作者簡介

張宏銘（1965-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint