異步組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種誤差校正方法，可用于雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的 誤差校正。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)在帶來巨大應(yīng)用效益的同時(shí)，也存在眾多難點(diǎn)問題，組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng) 的誤差配準(zhǔn)就是其中之一，且極為關(guān)鍵。實(shí)際應(yīng)用中常會(huì)出現(xiàn)組網(wǎng)雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合性能反 而低于單部雷達(dá)性能的情況，造成這種情況的很大原因是由于雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)沒有配準(zhǔn)引起 的。實(shí)際系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t、采樣周期的不統(tǒng)一等因素會(huì)引入時(shí)間上的系統(tǒng)誤差；雷 達(dá)固有測量偏差、觀測數(shù)據(jù)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化及其它客觀的不確定因素會(huì)引入空間上的系統(tǒng)誤 差。如果忽略這些誤差，勢必極大影響雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能。因此，系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)是雷 達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)正常工作、提供正確的融合信息的必要前提。
[0003] 現(xiàn)有的誤差配準(zhǔn)技術(shù)主要分為傳感器級誤差估計(jì)和融合中心級誤差估計(jì)。傳感器 級誤差估計(jì)技術(shù)不需要多傳感器的測量信息，系統(tǒng)誤差估計(jì)在單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)上完成。其 主要方法是利用已知飛機(jī)航線的GPS信息進(jìn)行單傳感器系統(tǒng)誤差估計(jì)，這類方法的性能嚴(yán) 重依賴于GPS信息的可靠性。此外，由于傳感器觀測數(shù)據(jù)和GPS信息時(shí)間的不統(tǒng)一，在進(jìn)行 誤差估計(jì)前還需要通過外推、內(nèi)插等方法將傳感器數(shù)據(jù)和GPS信息配準(zhǔn)到同一時(shí)間點(diǎn)，估 計(jì)性能也將因此受到影響。
[0004] 而融合中心級誤差估計(jì)技術(shù)則利用不同傳感器對同一目標(biāo)的測量來估計(jì)傳感器 的系統(tǒng)誤差。目前現(xiàn)有的估計(jì)方法，主要有實(shí)時(shí)質(zhì)量控制誤差估計(jì)算法、最小二乘算法、廣 義最小二乘算法、精確極大似然算法以及期望最大化等誤差估計(jì)算法。但這些方法都假設(shè) 各傳感器在同一時(shí)刻觀測到目標(biāo)，這樣的假設(shè)在實(shí)際應(yīng)用中很難得到保證。因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用 中各傳感器的觀測往往是異步，因此很難保證估計(jì)的有效性和準(zhǔn)確性。近幾年提出的偽量 測方法雖然能在一定程度上解決異步觀測下的誤差估計(jì)問題，但忽略了誤差模型線性化所 帶來的影響，故存在系統(tǒng)誤差模型不完整和不能有效解決實(shí)際中異步觀測問題的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種異步組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)誤差校 正方法，以完善系統(tǒng)誤差模型，有效解決實(shí)際中異步觀測問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)思路是根據(jù)實(shí)際誤差來源，建立相應(yīng)完善的系統(tǒng)誤差模型，并結(jié)合 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng)的誤差校正。其技術(shù)方案包括如下步驟：
[0007] 1)設(shè)定目標(biāo)1在三維笛卡爾公共坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)模型為勻速運(yùn)動(dòng)模型；
[0008] 2)設(shè)定包含系統(tǒng)誤差的目標(biāo)觀測模型為：
[0010] 其中，zf表示雷達(dá)m在k時(shí)刻對目標(biāo)1的量測值，該量測值包括距離，方位角和俯 仰角；表示k時(shí)刻觀測到目標(biāo)1的雷達(dá)標(biāo)號的集合，且
Μ為雷達(dá)總數(shù)，| · 表示計(jì)算集合內(nèi)元素的個(gè)數(shù)；
為k時(shí)刻目標(biāo)1在三維笛卡爾公共坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)值，T表示取矩陣轉(zhuǎn)置；Pni= [Xni yni zJT為雷達(dá)m在三維笛卡爾公共坐標(biāo)系中的坐 標(biāo)矢量，Χηι是雷達(dá)m在X軸上的位置，y "是雷達(dá)m在y軸上的位置，z "是雷達(dá)m在z軸上的 位置
為雷達(dá)m的系統(tǒng)誤差矢量，△ 是雷達(dá)m的距離誤差， 是雷達(dá)m的方位角誤差，Δηπι是雷達(dá)m的俯仰角誤差；yJT為雷達(dá) m自身 直角坐標(biāo)系到笛卡爾公共坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度，是χ軸的旋轉(zhuǎn)角度，0"1是7軸的 旋轉(zhuǎn)角度，丫》是z軸的旋轉(zhuǎn)角度；Δωη=[Δαη Δβη Δ γη]τ為旋轉(zhuǎn)角度ω 對應(yīng)的 系統(tǒng)誤差，Δ (^是α n對應(yīng)的系統(tǒng)誤差，Δ β |〇是β n對應(yīng)的系統(tǒng)誤差，Δ γ |〇是γ n對應(yīng)的 系統(tǒng)誤差；R( ·)為三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)函數(shù)；W!"為觀測噪聲；h( ·)為直角坐標(biāo)系到極坐標(biāo)系的 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)；
[0011] 根據(jù)Δ%,與△ 丫"在空間變換上完全耦合的特性，將二者合為一個(gè)系統(tǒng)誤差
，并用變量
替代雷達(dá)m的量測系統(tǒng)誤差ΔΖηι，用
'替代雷達(dá)m的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)誤差Δ c^;
[0012] 3)結(jié)合步驟1)和步驟2)中分別設(shè)定的目標(biāo)動(dòng)態(tài)模型和目標(biāo)觀測模型，建立系統(tǒng) 誤差校正目標(biāo)函數(shù)如下：
[0014] 其中
L表示目標(biāo)的總數(shù)； 1表示目標(biāo)1總的觀測數(shù)；| | · | |表示2-范數(shù)；
表示直角坐標(biāo)系到極坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)h (·)的反函數(shù)；$為目標(biāo)1從k時(shí)刻到k+1 時(shí)刻的觀測時(shí)間間隔
和都是非線性函數(shù)；
[0015] 4)求解步驟3)建立的系統(tǒng)誤差校正目標(biāo)函數(shù)，得到系統(tǒng)的校正誤差Θ。
[0016] 本發(fā)明由于充分考慮了各類系統(tǒng)誤差的來源，以此建立了較完整的系統(tǒng)誤差模 型，并結(jié)合各雷達(dá)異步觀測的實(shí)際情況，直接利用各雷達(dá)的異步觀測數(shù)據(jù)對組網(wǎng)雷達(dá)系統(tǒng) 進(jìn)行誤差校正，所以具有準(zhǔn)確的誤差校正效果。
[0017] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述：
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0019] 圖2是未經(jīng)本發(fā)明校正系統(tǒng)校正誤差前的目標(biāo)航跡圖；
[0020] 圖3是經(jīng)本發(fā)明校正系統(tǒng)校正誤差后的目標(biāo)航跡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 參照圖1，本實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0022] 步驟1，設(shè)定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型。
[0023] 將目標(biāo)1在笛卡爾公共坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)模型表示為：
[0025] 其中，
表示k時(shí)刻目標(biāo)1的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，g表示目標(biāo) 1在笛卡爾公共坐標(biāo)系中X軸方向上的位置，表示目標(biāo)1在笛卡爾公共坐標(biāo)系中X軸方 向上的速度，g表示目標(biāo)1在笛卡爾公共坐標(biāo)系中y軸方向上的位置，義表示目標(biāo)1在笛 卡爾公共坐標(biāo)系中y軸方向上的速度，表示目標(biāo)1在笛卡爾公共坐標(biāo)系中z軸方向上的 位置，4表示目標(biāo)1在笛卡爾公共坐標(biāo)系中ζ軸方向上的速度；<表示k時(shí)刻目標(biāo)1的運(yùn)動(dòng) 模型噪聲，用來衡量兩相鄰時(shí)刻目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的不確定性
表示k時(shí) 亥IJ目標(biāo)1的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，13為3 X 3單位矩陣，Γ/為目標(biāo)1從k時(shí)刻到k+Ι時(shí)刻的觀測時(shí) 間間隔，i)表示克羅內(nèi)克運(yùn)算。
[0026] 步驟2,設(shè)定目標(biāo)的觀測模型。
[0027] 將目標(biāo)1的觀測模型表示為：
[0029] 其中，zf表示雷達(dá)m在k時(shí)刻對目標(biāo)1的量測值，該量測值包括距離，方位角和俯 仰角；表示k時(shí)刻觀測到目標(biāo)1的雷達(dá)標(biāo)號的集合，且
，Μ為雷達(dá)總數(shù)，卜 表示計(jì)算集合內(nèi)元素的個(gè)數(shù)；
為k時(shí)刻目標(biāo)1在三維笛卡爾公共坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)值，T表示取矩陣轉(zhuǎn)置；wf為觀測噪聲；h( ·)為直角坐標(biāo)系到極坐標(biāo)系的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換函數(shù)，
[0031] &是直角坐標(biāo)系中X軸的坐標(biāo)值，yi^是直角坐標(biāo)系中y軸的坐標(biāo)值，^是直角坐標(biāo) 系中z軸的坐標(biāo)值，arctan( ·)表示反正切函數(shù)；pm= [xm ym zm]T為雷達(dá)m在三維笛卡爾 公共坐標(biāo)系中的坐標(biāo)矢量，Χηι是雷達(dá)m在x軸上的位置，y "是雷達(dá)m在y軸上的位置，z "是 雷達(dá)m在z軸上的位置；ΔΖ", = |；Δρ", Δ%, Δt f為雷達(dá)m的系統(tǒng)誤差矢量，Δ p n是雷達(dá) m的距離誤差，Δ%,是雷達(dá)m的方位角誤差，Δ rin是雷達(dá)m的俯仰角誤差；ω η= [α η βη YjT為雷達(dá)m自身直角坐標(biāo)系到笛卡爾公共坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)角度，α "是x軸的旋轉(zhuǎn) 角度，β "是y軸的旋轉(zhuǎn)角度，γ "是ζ軸的旋轉(zhuǎn)角度；Δωη=[Δαη Δβη Δ γη]τ為旋轉(zhuǎn) 角度所對應(yīng)的系統(tǒng)誤差；R( ·)為三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)函數(shù)；該觀測模型是帶有系統(tǒng)誤差的。 [0032] 根據(jù)雷達(dá)自身的系統(tǒng)誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)的系統(tǒng)誤差存在一定程度的耦合這一特 性，為了簡化雷達(dá)自身系統(tǒng)誤差和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換時(shí)的系統(tǒng)誤差之間的耦合關(guān)系，本實(shí)施例設(shè)定 坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的先后順序?yàn)椋簔軸一y軸一X軸，該旋轉(zhuǎn)順序?qū)?yīng)的三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)函數(shù)R( ·) 的具體形式如下，
[0034] 其中，α是三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)時(shí)雷達(dá)自身坐標(biāo)系X軸的旋轉(zhuǎn)角度，β是三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn) 時(shí)雷達(dá)自身坐標(biāo)系y軸的旋轉(zhuǎn)角度，γ是三維坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)時(shí)雷達(dá)自身坐標(biāo)系Ζ軸的旋轉(zhuǎn)角度。
[0035] 步驟3,根據(jù)步驟1)和2)中分別設(shè)定的目標(biāo)