一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于數(shù)據(jù)融合【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法及裝置，所述方法包括：獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準；根據(jù)傳感器類別及精度對對準后的測量數(shù)據(jù)進行分組；從分組數(shù)據(jù)進行組內(nèi)或組間組合，給出目標的完整測量數(shù)據(jù)，對目標位置進行初步估計；以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基于加權(quán)最小二乘法對目標位置進行二次估計。本發(fā)明采取了三層融合的定位策略，監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速地獲得高精度的目標定位值，更高效地融合系統(tǒng)前端的各種聲/光/電等多種傳感器所采集的各類目標信息，提高監(jiān)控指揮的效能。
【專利說明】一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)融合【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當前，監(jiān)控指揮系統(tǒng)通常以可見光/紅外復(fù)合光電探測技術(shù)、無線電探測技術(shù)以及雷達探測技術(shù)等為偵測手段，采取主/被動傳感器相互引導(dǎo)、相互印證的跟蹤策略，形成監(jiān)控區(qū)域綜合態(tài)勢。為實現(xiàn)監(jiān)控區(qū)域內(nèi)對目標的無縫接力跟蹤，需要針對系統(tǒng)中光電、雷達、無線電等多種不同體制、不同采樣率的測量信息，提出一種快速、有效的多源異類傳感器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法。
[0003]在數(shù)據(jù)融合中，測量數(shù)據(jù)的時間對準及目標的定位都有單獨的理論上可實現(xiàn)的方法，常用的多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合流程如圖1所示，前端傳感器通常為不完全測量數(shù)據(jù)，在多源異類傳感器系統(tǒng)中，通常是直接通過交叉定位給出目標估計值，當系統(tǒng)輸入增多時將導(dǎo)致有限的信息淹沒在大量虛假定位點中，融合結(jié)果大打折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法及裝置，旨在解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)融合方法計算復(fù)雜度高、定位不準確的技術(shù)問題。
[0005]一方面，所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法包括下述步驟:
[0006]獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上；
[0007]根據(jù)傳感器類別及精度對對準后的測量數(shù)據(jù)進行分組；
[0008]從分組數(shù)據(jù)中選擇精度較高的一組數(shù)據(jù)進行組內(nèi)組合和/或選擇精度較高的兩組數(shù)據(jù)進行組間組合，給出目標的完整測量數(shù)據(jù)，對目標位置進行初步估計；
[0009]以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基于加權(quán)最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
[0010]另一方面，所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合裝置包括:
[0011]時間對準模塊，用于獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上；
[0012]第一融合模塊，用于根據(jù)傳感器類別及精度對對準后的測量數(shù)據(jù)進行分組；
[0013]第二融合模塊，用于從分組數(shù)據(jù)中選擇精度較高的一組數(shù)據(jù)進行組內(nèi)組合和/或選擇精度較高的兩組數(shù)據(jù)進行組間組合，給出目標的完整測量數(shù)據(jù)，對目標位置進行初步估計；
[0014]第三融合模塊，用于以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基于加權(quán)最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明基于樣條擬合及不完整測量補齊方法，提出了多源異質(zhì)快速分層數(shù)據(jù)融合算法，很大程度上降低了目標定位的復(fù)雜度；另外，在數(shù)據(jù)補齊過程中，根據(jù)不同類別進行分組以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)組合，改進了算法精度，在提高融合定位效率的同時，進一步優(yōu)化了跟蹤效果。通過本發(fā)明，監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速地獲得高精度的目標定位值，更高效地融合系統(tǒng)前端的各種聲/光/電等多種傳感器所采集的各類目標信息，提高監(jiān)控指揮的效能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是現(xiàn)有多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法的流程圖；
[0017]圖2是本發(fā)明實施例提供的多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法的一種流程圖；
[0018]圖3是2D雷達測量的聞低角不意圖；
[0019]圖4是2D被動傳感器的距離示意圖；
[0020]圖5是2D被動傳感器的交叉定位的示意圖；
[0021 ]圖6是2D被動傳感器與激光測距組合示意圖；
[0022]圖7是本發(fā)明實施例提供的多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法的另一種流程圖；
[0023]圖8是本發(fā)明實施例提供的多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0026]實施例一:
[0027]圖2示出了本發(fā)明實施例提供的多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法的流程，為了便于說明僅不出了與本發(fā)明實施例相關(guān)的部分。
[0028]步驟S21、獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上。
[0029]傳感器輸出的測量量是一個數(shù)據(jù)序列，由于不同傳感器的采集頻率和采集時間間隔不同，因此各個傳感器輸出的測量數(shù)據(jù)不同步，本步驟實現(xiàn)了將不同傳感器的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上。具體的包括:
[0030]S211、針對每個傳感器構(gòu)造一個三次樣條插值函數(shù)，經(jīng)過樣條插值擬合，得到一條平滑曲線。
[0031]假設(shè)某個傳感器某一時間段[a，b]內(nèi)對目標進行了 n+1次測量，將整個時間區(qū)間按采樣時刻劃分為a = t0〈tl〈…<tn = b,給定的時刻點ti對應(yīng)的觀測值為:f (ti) = yi (i=O, I,…η),構(gòu)造一個三次樣條插值函數(shù)s (X),使其滿足下列條件:
[0032]①s (ti) = yi, i = 0，1，...η ;
[0033]②s(t)在每個小區(qū)間[ti, ti+Ι]上是一個三次多項式，i = O, I,…η ；
[0034]③s (t)在[a，b]上具有二階連續(xù)導(dǎo)數(shù)。
[0035]三次樣條插值函數(shù)的構(gòu)造過程如下:
[0036]記Iiii = S，(i = O, I, 2，...，η)，在每個小區(qū)間[ti； ti+1] (i = O, I,...η)上，利用Hermite插值公式寫出三次樣條插值函數(shù)s (t)的計算公式:
【權(quán)利要求】
1.一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)融合方法包括: 獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上； 根據(jù)傳感器類別及精度對對準后的測量數(shù)據(jù)進行分組； 從分組數(shù)據(jù)中選擇精度較高的一組數(shù)據(jù)進行組內(nèi)組合和/或選擇精度較高的兩組數(shù)據(jù)進行組間組合，給出目標的完整測量數(shù)據(jù)，對目標位置進行初步估計； 以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基于加權(quán)最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
2.如權(quán)利要求1所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上步驟，具體包括: 針對每個傳感器構(gòu)造一個三次樣條插值函數(shù)，經(jīng)過樣條插值擬合，得到一條平滑曲線.以其中一個傳感器的采樣時刻為準，從其他傳感器的平滑曲線中取出相應(yīng)時刻的測量值，實現(xiàn)時間對準 。
3.如權(quán)利要求2所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，測量數(shù)據(jù)經(jīng)分組后包括2D雷達數(shù)據(jù)、2D被動傳感器數(shù)據(jù)以及激光測距數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求3所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述從分組數(shù)據(jù)中選擇精度較高的一組數(shù)據(jù)進行組內(nèi)組合和/或選擇精度較高的兩組數(shù)據(jù)進行組間組合，給出目標的完整測量數(shù)據(jù)，對目標位置進行初步估計步驟，具體包括: 用2D雷達數(shù)據(jù)和2D被動傳感器數(shù)據(jù)之間冗余信息補充不完整測量數(shù)據(jù)； 用2D被動傳感器數(shù)據(jù)組內(nèi)的冗余信息補充不完整測量數(shù)據(jù)； 用2D被動傳感器數(shù)據(jù)和激光測距數(shù)據(jù)進行配對組合得到完整測量數(shù)據(jù)； 得到完整測量數(shù)據(jù)后，對目標位置進行初步估計。
5.如權(quán)利要求4所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基于加權(quán)最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值步驟，具體包括: 將目標位置初估值作為參考點，得到傳感器相應(yīng)的測量方程； 將測量方程在參考點處線性化，利用擴展的加權(quán)最小二乘法進行目標位置的二次估計； 輸出二次估計值作為目標定位值。
6.如權(quán)利要求5所述多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，將目標位置初估值作為參考點后，調(diào)整參考點的位置。
7.一種多源異類傳感器數(shù)據(jù)融合裝置，其特征在于，所述裝置包括: 時間對準模塊，用于獲取各個傳感器的測量數(shù)據(jù)，并采用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數(shù)據(jù)進行時間對準，統(tǒng)一到一個時間點上； 第一融合模塊，用于根據(jù)傳感器類別及精度對對準后的測量數(shù)據(jù)進行分組； 第二融合模塊，用于從分組數(shù)據(jù)中選擇精度較高的一組數(shù)據(jù)進行組內(nèi)組合和/或選擇精度較高的兩組數(shù)據(jù)進行組間組合，給出目標的完整測量數(shù)據(jù)，對目標位置進行初步估計； 第三融合模塊，用于以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基于加權(quán)最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
8.如權(quán)利要求7所述裝置，其特征在于，所述時間對準模塊包括: 樣條擬合單元，用于針對每個傳感器構(gòu)造一個三次樣條插值函數(shù)，經(jīng)過樣條插值擬合，得到一條平滑曲線； 時間同步單元，用于以其中一個傳感器的采樣時刻為準，從所述其他傳感器的平滑曲線中取出相應(yīng)時刻的測量值，實現(xiàn)時間對準。
9.如權(quán)利要求8所述裝置，其特征在于，所述第三融合模塊包括: 參考點設(shè)置單元，用于將目標位置初估值作為參考點，得到傳感器相應(yīng)的測量方程；線性化單元，用于將測量方程在參考點處線性化，利用擴展的加權(quán)最小二乘法進行目標位置的二次估計； 位置輸出單元，用于輸出二次估計值作為目標定位值。
10.如權(quán)利要求9所述裝置，其特征在于，所述第三融合模塊包括: 參考點調(diào)整單元，用于將目標位置初估值作為參考點后，調(diào)整參考點的位置。
【文檔編號】G06F19/00GK103942447SQ201410180760
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】劉洋, 徐毓, 黃偉平, 李鋒 申請人:中國人民解放軍空軍預(yù)警學(xué)院監(jiān)控系統(tǒng)工程研究所