一種基于整體空間位置的融合航跡精度評估方法*

陸光宇

(北京西三環中路19號　北京　100841)

一種基于整體空間位置的融合航跡精度評估方法*

陸光宇

(北京西三環中路19號北京100841)

摘要根據艦載作戰系統研制過程中面臨的情報處理目標融合航跡精度評估難題,分析了現有艦載情報處理目標融合航跡精度評估方法的不科學性、評估指標的不合理性。論文建立了一種基于整體空間位置的融合航跡精度評估指標,給出了定義、數學模型以及計算評估方法。仿真實驗表明了該方法的有效性,可為型號試驗融合航跡精度指標評估提供指導。

關鍵詞原始航跡; 融合航跡; 航跡精度; 評估

Class NumberTN957; TP274

1引言

艦載情報信息處理性能評估技術是系統研究、分析、開發與評價的重要課題,一直是艦載指控系統研制過程中面臨的難題,其中目標融合航跡精度測試是艦載情報信息處理性能評估的主要任務之一,是艦艇系泊、航行、鑒定試驗過程中的重要驗證指標。如何建立一套科學、合理、準確的目標融合航跡評估方法,能夠對融合系統進行客觀、公正、有效地評價是目前研究的重點。

傳統的艦載情報處理目標融合航跡精度評估方法一般采用極坐標形式,分別對目標距離、方位以及仰角三個不同方向進行精度評估[1～12],當某一方向精度評估值低于任一輸入源該方向最高精度評估值時,其目標融合航跡精度指標不合格。文獻[2]中精度評估方式是計算測試時段內艦載指控系統輸出的目標航跡和真實目標航跡位置誤差原點矩。文獻[3]是統計目標航跡和真實目標航跡位置誤差中心矩作為融合航跡精度評估指標。其他的國內外文獻基本上也是基于這兩種方法或者在二者基礎上采用改進加權的方式分別計算融合目標距離精度、方位精度和仰角精度,每個矢量方向的精度都低于來源精度,則判精度測試達標,只要有一個矢量上不滿足,則判為精度測試不達標,這種評估方法缺乏整體性考慮,不夠全面科學的考慮實測環境,導致指標往往很難達到。

本文提出一種基于空間統計的融合航跡精度評估方法,該方法不僅考慮了傳統評估方法存在的不完整性,還充分考慮到指控系統情報處理定時輸出導致的融合目標外推引入的誤差,考慮到實際測量樣本量局限導致的根據傳統的理論公式計算出來的精度值作為直接評判標準的不科學性,實現了測試環境復雜情況下的有效評估。

2傳統精度計算方法

傳統的航跡精度是指系統對獲取的目標信息進行提取跟蹤和信息融合處理后,融合輸出航跡在平臺為中心東北天坐標系下距離、方位、仰角精度。目前國內科研學者對融合航跡精度的要求通常為在傳感器精度滿足標稱值時,不低于傳感器輸入的最高精度[1]。

方位精度為

仰角精度為

基于極坐標的航跡精度評估方法,需要計算航跡目標距離精度、方位精度和仰角精度,每個矢量方向的精度都低于來源精度,則判精度測試達標,只要有一個矢量上不滿足,則判為精度測試不達標,這種評估方法缺乏整體性考慮,不夠全面科學的考慮實測環境,導致指標往往很難達到。

3基于空間位置的融合航跡精度評估方法

3.1最優航跡計算

傳統精度計算方法除了評估指標缺乏整體性考慮外,在真實航跡、源航跡和融合航跡匹配關系上采用的是批號對照表,在實際型號系統測試中要獲取批號對照信息過于繁瑣和低效,批號對照信息錯誤會導致評估結果不合理。鑒于此,本文提出了最小RMS方法來確定三者之間的最優航跡匹配。

定義1設真值航跡與對應探測的所有傳感器的時刻的真值航跡點集合,稱為該真值航跡的有效航跡。

定義2設與有效航跡對應時刻最近鄰的融合航跡點,稱為該有效航跡的最佳匹配點。

定義3設與有效航跡對應的所有最佳匹配點的集合,稱為該有效航跡的待評估航跡。

確定待評估航跡主要分為三個步驟,具體執行如下:

Step3:根據定義3,確定有效航跡的待評估航跡。利用定義2對所有融合航跡時刻點進行最佳匹配,將與有效航跡i的所有最佳匹配點形成待評估航跡。

基于上述方法,可以獲得有效航跡與待評估航跡的關系,利用這種最優航跡匹配關系就可以較好地進行系統性能綜合評估。

3.2基于空間位置的融合航跡精度評估

假設真值航跡Ri(x,y,z),根據上述最優航跡計算方法,遍歷得到真實航跡的有效航跡Si(x,y,z),進而得到對應的待評估航跡Fi(x,y,z)。融合航跡質量評估值σ計算公式如下:

其中,n表示對應時刻有效航跡總點數,F(di)=Fi(x,y,z)-Ri(x,y,z),S(di)=Si(x,y,z)-Ri(x,y,z)。

4仿真驗證與分析

以兩部三維雷達共同探測兩批目標為例,導航平臺做勻速直線運動, 仿真40個周期。兩部雷達

探測周期均為2s,實時融合航跡輸出周期為1s,具體如圖1、圖2所示。

圖1　真實目標運動軌跡圖

圖2　雷達探測目標軌跡圖

此次測試樣本量n=40,給定顯著性水平α=0.05。依據本文提出的方法,計算航跡融合系統精度σ=19.69,查詢χ2分位表得到χ1-0.05(40)=26.51,融合精度19.69<26.51,判斷航跡融合系統精度測試達標。

表1　雷達標稱精度

通過上述試驗表明,該綜合評估方法能夠較好地對復雜戰情下的艦載情報信息處理軟件系統進行客觀、全面、有效的評價,具有較強的適用性和魯棒性。

5結語

本文主要面向復雜戰情下的艦載情報信息處理融合航跡精度評估需求,提出一種基于空間統計的融合航跡精度評估方法,該方法不僅考慮了傳統評估方法存在的不完整性,還充分考慮到指控系統情報處理定時輸出導致的融合目標外推引入的誤差,考慮到實際測量樣本量局限導致的根據傳統的理論公式計算出來的精度值作為直接評判標準的不科學性,實現了測試環境復雜情況下的有效評估,為艦艇航行、鑒定試驗提供有力支撐。

參 考 文 獻

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An Accuracy Evaluation Method of Fusion Track Based on Whole Space Position

LU Guangyu

(No.19 Central Xisanhuan Road, Beijing100841)

AbstractAccording to the information processing target fusion track accuracy assessment in the process of the development of the shipboard combat system, the paper analyzes the unscientific nature of target fusion track accuracy evaluation method and the irrationality of evaluation standard. The paper establishes an accuracy evaluation method of fusion track based in whole space position, gives the definition, the mathematical model, and the calculated means. The simulation shows that the evaluation method is valid and can provide guidance for the accuracy evaluation of the fusion track of the model test.

Key Wordsoriginal track, fusion track, track accuracy, evaluation

*收稿日期:2015年12月6日,修回日期:2016年1月19日

作者簡介:陸光宇,男,碩士,工程師,研究方向:軍事信息系統及作戰指揮控制。

中圖分類號TN957; TP274

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.009