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多雷达航迹的加权平均融合算法

多雷达航迹的加权平均融合算法 雷海科技
2023-12-18
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导读:本文介绍多雷达航迹融合中的加权融合平均算法,给出了算法模型,以及静态和动态两种权值分配方法,最后给出了仿真结果。

一、概述

在数据融合工程实践中,加权平均法是多雷达航迹数据合成的一种常用方法。对于不同精度传感器跟踪目标航迹的合成来说,为了权衡各个传感器不同的精度,引入标志着测量精度的特征数字“权值”系数 ,即表现为各测量数据的相对重要程度。将不同传感器的测量数据,按照其精度分别乘以相应权数进行加权处理获得最终融合数据其模型如图所示。

二、加权平均融合算法模型

对于多传感器数据融合系统,设有n个传感器,各传感器对同一目标进行跟踪观测,获得的目标航迹,经过坐标变换和时空对准航迹相关后,航迹数据处于同一坐标系之下。常用的航迹加权元素有四种,分别是航迹所在距离R,所在方位θ,航速V,航向C,在时刻t,采用加权融合方法进行融合航迹计算,各元素计算公式如下:

采用加权分配算法,权值的分配起着重要的作用,权值参数对合成的航迹影响很明显,权值选取将直接对观测精度有决定性作用。下面介绍两种常用的权值系数计算方法:静态权值分配法和自适应权值分配法。
2.1  静态权值分配法
静态权值分配方法下的主要参考的是参与融合的各传感器探测到航迹的精确度。假设各分部雷达探测航迹的距离、方位、航速、航向精度分别是:


由以上公式可知,若要求得各元素的加权系数必须要先知道各传感器对应元素的精度,这种方法优点是比较简单,但是缺点是各传感器探测航迹的精确度会随着雷达性能的变化而变化,若其经验数值没有经过修订则将会严重影响融合质量,因此需要实时的对各传感器经验数值定期统计计算后再进行修订,否则会影响其融合信息的精度。
2.2动态权值分配法
由于目标真实运动轨迹是未知的,将各分部雷达探测到的航迹数据中心点作为目标的真实位置参考点,将各分部雷达探测到的航迹与参考点之间的偏差看作是该雷达的目标航迹的偏差。利用统计理论计算出各分部雷达目标航迹位置信息(距离、方位)和运动信息(航速、航向)偏差的标准差,把该标准差作为雷达的目标航迹精度的近似,计算得到多雷达航迹加权融合计算所用的权值。具体算法如下:

三、算法仿真

模拟一批做抛物线运动的目标航迹,通过正态分布函数产生测量轨迹的误差值,生成传感器1和传感器2的测量轨迹,此处正态分布函数的均值为0,方差为10,为了方便计算航迹位置已转为x、y坐标表示,通过动态权值分配方法得到融合后的航迹位置和误差如下图所示。


由以上仿真结果可知,通过加权融合算法计算得到的融合航迹更接近于真实航迹,与真实航迹的位置误差相较于单一传感器更小。

四、总结

单一传感器由于自身的设计缺陷,往往无法得到目标的全面信息,通过多传感器数据融合技术,可以将各传感器获取的信息进行冗余提出、信息互补,最终得到目标更加可靠和全面的信息。

【参考文献】

  1. 1.  《多站雷达点迹航迹融合方法与仿真研究》,郭邦

  2. 2.  《基于多雷达传感器的航迹融合方法研究》,刘家忠

  3. 3.  《基于多特征的多假设跟踪算法及航迹融合技术研究》,崔恩永

  4. 4.  《AIS与导航雷达信息融合仿真平台设计与应用》,蒋聪

  5. 5.  《AIS与雷达信息融合的研究》,王夺

  6. 6.  《基于雷达_AIS信息的舰船目标关联融合技术》,邓超禹

  7. 7.  《舰船雷达与AIS信息融合技术》,杨淑洁

  8. 8.  《雷达和AIS目标航迹融合处理方法的研究》,刘社

  9. 9.  《雷达与AIS数据融合算法研究》,王晨曦

  10. 10.《雷达与AIS信息融合关键技术的研究》,张景鹏

  11. 11.《雷达组网航迹融合方法研究与仿真平台开发》,冯小英


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