專利名稱：一種雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)技術(shù)，特別是一種基于粒子群優(yōu)化算法(簡稱PS0，英文全稱為Particle Swarm Optimization)的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)是雷達(dá)組網(wǎng)目標(biāo)跟蹤的首要問題，配準(zhǔn)好壞直接影響到目標(biāo)關(guān)聯(lián)正確性和融合跟蹤精度，目前主要的配準(zhǔn)算法有四種實(shí)時質(zhì)量控制法，最小二乘法，最大似然法，廣義最小二乘法，這些方法主要是針對跟蹤影響最大的距離偏差和方位偏差的估計(jì)與修正。實(shí)時質(zhì)量控制法利用劃分測域，需要從劃分的區(qū)域獲取大量數(shù)據(jù)來統(tǒng)計(jì)計(jì)算則嚴(yán)格限制了其應(yīng)用。最小二乘法需要計(jì)算偽逆，當(dāng)點(diǎn)跡較多時，需要占用很多空間來在存儲，而且矩陣求逆時有可能是病態(tài)。實(shí)時質(zhì)量控制法要求目標(biāo)點(diǎn)跡在兩雷達(dá)連線的兩側(cè)區(qū)域均勻分布，所以當(dāng)目標(biāo)較為稀疏時，配準(zhǔn)精度無法保證，這一點(diǎn)嚴(yán)格限制了該算法的應(yīng)用。而最大似然法，廣義最小二乘法在計(jì)算上較為復(fù)雜，實(shí)際運(yùn)行起來速度較慢，且當(dāng)兩雷達(dá)重疊域較小時，點(diǎn)跡較少時，無法獲得準(zhǔn)確的量測噪聲方差估計(jì)，而且相對最小二乘法也并沒有實(shí)現(xiàn)太大的性能改善。以上算法的一個共同出發(fā)點(diǎn)是，是將系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成線性函數(shù)求解，無法實(shí)現(xiàn)非線性的直接求解，配準(zhǔn)精度難免有所損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對多雷達(dá)信息融合中的系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)，提出了一種雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，解決雷達(dá)系統(tǒng)誤差的非線性自動優(yōu)化估計(jì)。本發(fā)明公開了一種雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，包括如下步驟步驟(I)雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)的時空對準(zhǔn)在最鄰近時間范圍內(nèi)，將用于配準(zhǔn)的不同雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)通過航跡的外推或內(nèi)插得到不同雷達(dá)在同一時間點(diǎn)上的目標(biāo)航跡位置信息；步驟(2)配準(zhǔn)粒子初次生成設(shè)定粒子的群體規(guī)模，并根據(jù)雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差的估計(jì)范圍，對各配準(zhǔn)粒子的初始值在系統(tǒng)誤差范圍隨機(jī)產(chǎn)生，同時設(shè)定粒子調(diào)整的速度；步驟(3)目標(biāo)航跡點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)計(jì)算假定當(dāng)前配準(zhǔn)粒子的值為雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的真實(shí)誤差，以步驟(I)中雷達(dá)測量后的觀測值減去雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的真實(shí)誤差，即得到目標(biāo)航跡點(diǎn)的真實(shí)位置坐標(biāo)；步驟(4)位置偏差適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算根據(jù)各目標(biāo)航跡點(diǎn)的真實(shí)位置坐標(biāo)，計(jì)算位置偏差適應(yīng)度函數(shù)，得到同一時刻的同一目標(biāo)航跡點(diǎn)在不同雷達(dá)上真實(shí)航跡的位置偏差大小;步驟(5)最優(yōu)粒子查找根據(jù)位置偏差適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，查找單個粒子不同迭代次數(shù)下，最優(yōu)適應(yīng)度函數(shù)值所對應(yīng)的粒子值，即個體極值，查找整個種群目前最優(yōu)適應(yīng)度值所對應(yīng)的粒子值，即全局極值；步驟(6)配準(zhǔn)粒子迭代更新粒子通過計(jì)算位置偏差適應(yīng)度函數(shù)，然后根據(jù)設(shè)定的位置偏差閾值和最大迭代次數(shù)判斷是否需要進(jìn)行迭代計(jì)算，位置偏差閾值取值為大于O的實(shí)數(shù)，值越小對應(yīng)計(jì)算精度的要求越高；最大迭代次數(shù)取值范圍為大于I的自然數(shù)，次數(shù)越大，計(jì)算結(jié)果越精確。需要迭代時，通過跟蹤個體極值和全局極值來更新，不需要迭代時，則返回全局極值，即得到最優(yōu)估計(jì)的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差值，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差的配準(zhǔn)。門限也可稱終止條件，若適度函數(shù)值小于該門限，則表明滿足該終止條件的最優(yōu)解已經(jīng)找至IJ，停止搜索；若適度函數(shù)值大于該門限，則繼續(xù)若迭代次數(shù)達(dá)到最大迭代次數(shù)，仍未滿足終止條件，此時返回當(dāng)前最優(yōu)值Gq作為最優(yōu)估計(jì)，并停止搜索，避免進(jìn)入死循環(huán)。本發(fā)明中，所述雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差包括測距系統(tǒng)和測向系統(tǒng)誤差。本發(fā)明步驟(I)中用于配準(zhǔn)的不同雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)數(shù)量最小應(yīng)大于2，通過二維坐標(biāo)計(jì)算，最少能構(gòu)成4個等式，來求解兩個雷達(dá)配準(zhǔn)時的4個未知數(shù)。本發(fā)明步驟(I)中用于配準(zhǔn)的雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行濾波處理。本發(fā)明步驟(I)中，預(yù)先將所述雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)從極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到以雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)中心為原點(diǎn)的直角平面坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換方法如下
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟(I)雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)的時空對準(zhǔn)在最鄰近時間范圍內(nèi)，將用于配準(zhǔn)的不同雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)通過航跡的外推或內(nèi)插得到不同雷達(dá)在同一時間點(diǎn)上的目標(biāo)航跡位置信息； 步驟(2)配準(zhǔn)粒子初次生成設(shè)定粒子的群體規(guī)模，并根據(jù)雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差的估計(jì)范圍，對各配準(zhǔn)粒子的初始值在系統(tǒng)誤差范圍隨機(jī)產(chǎn)生，同時設(shè)定粒子調(diào)整的速度； 步驟(3)目標(biāo)航跡點(diǎn)真實(shí)坐標(biāo)計(jì)算假定當(dāng)前配準(zhǔn)粒子的值為雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的真實(shí)誤差，以步驟(I)中雷達(dá)測量后的觀測值減去雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)的真實(shí)誤差，即得到目標(biāo)航跡點(diǎn)的真實(shí)位置坐標(biāo)； 步驟(4)位置偏差適應(yīng)度函數(shù)計(jì)算根據(jù)各目標(biāo)航跡點(diǎn)的真實(shí)位置坐標(biāo)，計(jì)算位置偏差適應(yīng)度函數(shù)，得到同一時刻的同一目標(biāo)航跡點(diǎn)在不同雷達(dá)上真實(shí)航跡的位置偏差大??； 步驟(5)最優(yōu)粒子查找根據(jù)位置偏差適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，查找單個粒子不同迭代次數(shù)下，最優(yōu)適應(yīng)度函數(shù)值所對應(yīng)的粒子值，即個體極值，查找整個種群目前最優(yōu)適應(yīng)度值所對應(yīng)的粒子值，即全局極值； 步驟(6)配準(zhǔn)粒子迭代更新粒子通過計(jì)算位置偏差適應(yīng)度函數(shù)，然后根據(jù)設(shè)定的位置偏差閾值和最大迭代次數(shù)判斷是否需要進(jìn)行迭代計(jì)算，位置偏差閾值取值為大于O的實(shí)數(shù)，最大迭代次數(shù)取值為大于I的自然數(shù)；需要迭代時，通過跟蹤個體極值和全局極值來更新，不需要迭代時，則返回全局極值，即得到最優(yōu)估計(jì)的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差值，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差的配準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，所述雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差包括測距系統(tǒng)和測向系統(tǒng)誤差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(I)中用于配準(zhǔn)的不同雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)數(shù)量大于2。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(I)中用于配準(zhǔn)的雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)預(yù)先進(jìn)行濾波處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(I)中，預(yù)先將所述雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)從極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到以雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)中心為原點(diǎn)的直角平面坐標(biāo)系，轉(zhuǎn)換方法如下XfiRf^COS 9 fi+X〇i， Yfi — RfiSin 9 fi+Yoi 其中Xtli和Ytli為雷達(dá)i的坐標(biāo)，Rfi和0 fi為目標(biāo)航跡點(diǎn)極坐標(biāo)，Xfi和yfi為轉(zhuǎn)換后目標(biāo)航跡點(diǎn)的直角平面坐標(biāo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(I)中，雷達(dá)測量目標(biāo)航跡點(diǎn)的時空對準(zhǔn)的方法如下 采用線性內(nèi)插外推法對要求時間點(diǎn)上目標(biāo)航跡點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行提取，假設(shè)對準(zhǔn)時刻為t，首先判斷當(dāng)前航跡最新時間是否大于閾值t，若大于閾值t，采用內(nèi)插的方式，若不大于閾值t，則采用外推的方式； 選取鄰近時間t的時間h和t2，則目標(biāo)航跡點(diǎn)的坐標(biāo)分別為氣，八和'，力，內(nèi)插時滿足tj < t < t2,夕卜推時滿足h < t2 < t,時間t對應(yīng)的坐標(biāo)xt, yt表示為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(2)中，配準(zhǔn)粒子初始值Xq是以雷達(dá)i和雷達(dá)j的測距系統(tǒng)和測向系統(tǒng)誤差的向量，為Xq = [ARiq, A 0 iq, A Rjq, A 0 Jq], q = l，2 — m, 對應(yīng)粒子調(diào)整的速度vq為， Vq — [ViRq，Vi 0 q，VjRq，Vj 0 q，]，Q — I，2... III， 其中m為粒子的種群數(shù)，A Riq, A 0 iq, A Rjq, A 0 Jq分別為雷達(dá)i和雷達(dá)j的測距系統(tǒng)和測向系統(tǒng)誤差，viKq，Vieq和Vw Vjeq為對應(yīng)ARiq，A 0 iq, A Rjq, A 0 的粒子調(diào)整速度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(3)中，雷達(dá)i目標(biāo)航跡點(diǎn)的真實(shí)位置坐標(biāo)Xti，Yti計(jì)算方法如下
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(4)中，雷達(dá)i與雷達(dá)j的位置偏差適應(yīng)度函數(shù)Fitness計(jì)算方法如下
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟(6)中，配準(zhǔn)粒子通過兩個極值來更新當(dāng)前的配準(zhǔn)粒子初始值Xq和對應(yīng)粒子調(diào)整的速度V,，更新方法如下Vq=Wq V^c1XrandO X (Pq-Xq) +c2 X rand () X (Gq-Xq), Xq = Xq+Vq， 其中Pq是個體極值，Gq是全局極值，Cl，C2是學(xué)習(xí)因子，取值范圍0 1之間的實(shí)數(shù)，w,為慣性權(quán)重，取值范圍(Tl之間的實(shí)數(shù)，randO函數(shù)用于隨機(jī)產(chǎn)生(Tl的實(shí)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)方法。該方法首先將不同雷達(dá)對同一目標(biāo)的觀測值，轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的平面直角坐標(biāo)，采用內(nèi)推外插對目標(biāo)航跡進(jìn)行時間對準(zhǔn)，然后根據(jù)不同雷達(dá)探測的目標(biāo)真實(shí)值應(yīng)相等的原理，構(gòu)建適應(yīng)度函數(shù)，利用PSO算法對系統(tǒng)誤差進(jìn)行求解，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)組網(wǎng)各雷達(dá)系統(tǒng)誤差的快速、精確求解。本發(fā)明只需設(shè)定雷達(dá)系統(tǒng)誤差范圍和航跡觀測值，不需要對求解過程進(jìn)行了解，可以當(dāng)成黑盒，構(gòu)建目標(biāo)優(yōu)化等式時，沒有忽略二階項(xiàng)，這是傳統(tǒng)的最小二乘法等算法不能做到的，同時也不存在病態(tài)矩陣求逆，而導(dǎo)致無法求解的情況。具有全局、非線性搜索能力的PSO算法能夠?qū)崿F(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)誤差的快速求解，可應(yīng)用于雷達(dá)組網(wǎng)的信息融合處理系統(tǒng)。
文檔編號G01S7/40GK102680955SQ20121018940
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月8日
發(fā)明者徐欣, 朱霞, 王曉璇, 賀成龍 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所