一種多雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián)融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián)融合方法，特別是涉及一種適用于空中交通管制(ATC)自動(dòng)化系統(tǒng)中采用的多雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián)融合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)多部雷達(dá)的航跡數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)合理的信息融合，不僅可以把監(jiān)視范圍直接擴(kuò)大到各臺(tái)雷達(dá)所覆蓋的全部空域，而且還能全面提高目標(biāo)監(jiān)視質(zhì)量和系統(tǒng)自身的可靠性及抗沖擊能力，已經(jīng)成為當(dāng)前空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)必備的核心技術(shù)。
[0003]雷達(dá)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)主要分兩類:集中式處理系統(tǒng)和分布式處理系統(tǒng)。
[0004]集中式結(jié)構(gòu)將各單雷達(dá)的點(diǎn)跡信息集中到多雷達(dá)處理中心，進(jìn)行時(shí)空對(duì)準(zhǔn)、點(diǎn)跡相關(guān)、數(shù)據(jù)互聯(lián)、航跡濾波、預(yù)測(cè)與綜合跟蹤。這種結(jié)構(gòu)的最大優(yōu)點(diǎn)是信息損失小，但數(shù)據(jù)相關(guān)比較困難，并要求系統(tǒng)必須具備大容量的能力，計(jì)算負(fù)擔(dān)重，系統(tǒng)的生存能力也較差。
[0005]分布式的特點(diǎn)是:先由各自的單雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行航跡跟蹤，產(chǎn)生單雷達(dá)航跡，然后送至融合中心；由中心完成關(guān)聯(lián)和融合，形成多雷達(dá)融合航跡。這類系統(tǒng)的應(yīng)用很普遍，例如在軍事C3系統(tǒng)和軍民航空中管制系統(tǒng)中。它不僅具有局部獨(dú)立跟蹤能力，而且具有全局監(jiān)視和評(píng)估能力；系統(tǒng)的造價(jià)相對(duì)較低；且有較強(qiáng)的生存能力。
[0006]數(shù)據(jù)融合涉及很多理論，常見(jiàn)的有:Bayes理論、D_S證據(jù)理論、粗糙集理論、加權(quán)平均、表決歸則等。工程實(shí)踐中采用的雷達(dá)融合算法主要有以下幾類:
I)馬賽克法
將整個(gè)管制空域化分成適當(dāng)大小的三維馬賽克塊，在每個(gè)馬賽克塊內(nèi)指定I?4臺(tái)覆蓋該馬賽克塊的雷達(dá)，并事先編排它們對(duì)該馬賽克塊內(nèi)目標(biāo)探測(cè)效果的優(yōu)先順序。該優(yōu)先順序是根據(jù)每個(gè)馬賽克與各臺(tái)雷達(dá)的相對(duì)位置、該雷達(dá)的探測(cè)距離和方位角測(cè)量精度、雷達(dá)波束地形遮擋因子等因素來(lái)進(jìn)行人工設(shè)定。
[0007]一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)目標(biāo)于某一馬賽克塊內(nèi)時(shí)，就采用該馬賽克塊首選雷達(dá)的單雷達(dá)數(shù)據(jù)去刷新綜合雷達(dá)信息。但當(dāng)發(fā)現(xiàn)首選雷達(dá)的單雷達(dá)數(shù)據(jù)丟失或者質(zhì)量降低時(shí)，就改用次選雷達(dá)信息去刷新綜合航跡，以此類推。
[0008]該算法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，計(jì)算量??；缺點(diǎn)是沒(méi)有充分利用所有雷達(dá)提供的信息。
[0009]2)加權(quán)平均法
又稱重心法或最小二乘估計(jì)法，它給予每臺(tái)參與融合的單雷達(dá)數(shù)據(jù)一個(gè)給定的權(quán)重系數(shù)，各單雷達(dá)目標(biāo)的參數(shù)(位置、速度等)根據(jù)權(quán)重系數(shù)參與綜合雷達(dá)信息的更新處理。
[0010]加權(quán)系數(shù)的選取要考慮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面的因素。靜態(tài)因素是指與雷達(dá)本身性能、距離、方位角等有關(guān)的因素，對(duì)于同一部雷達(dá)而言，靜態(tài)因素在整個(gè)系統(tǒng)的生存周期是固定不變的；動(dòng)態(tài)因素是指跟雷達(dá)探測(cè)到的目標(biāo)有關(guān)的因素，它一般根據(jù)雷達(dá)已經(jīng)探測(cè)到的目標(biāo)的數(shù)據(jù)來(lái)建立。
[0011]加權(quán)平均的權(quán)重系數(shù)表示各參加融合的單雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量，質(zhì)量越高加權(quán)系數(shù)越大，質(zhì)量越低加權(quán)系數(shù)越小，甚至取0，即不參加融合。
[0012]該算法的優(yōu)點(diǎn)是精度高，但有計(jì)算量大的缺點(diǎn)。
[0013]3)馬賽克-加權(quán)平均法
如前面所述，馬賽克算法和加權(quán)平均算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，因此適當(dāng)結(jié)合兩種算法，取長(zhǎng)補(bǔ)短，就有了馬賽克-加權(quán)平均法。該算法仍然將空域劃分成若干三維馬賽克區(qū)，每個(gè)區(qū)內(nèi)再動(dòng)態(tài)選取部分信號(hào)質(zhì)量好的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均融合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種搜索計(jì)算量更小的多雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián)融合方法。
[0015]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種多雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián)融合方法，其特征在于:以所要監(jiān)視的空域范圍的中心點(diǎn)為中心，將管制空間平面從一個(gè)方向到相對(duì)的另一個(gè)方向分為若干個(gè)水平帶狀空域，作為掃描系統(tǒng)掃描的基本單元；在航跡相關(guān)時(shí)，僅搜索本空域帶及其相鄰空域帶內(nèi)的航跡。
[0016]作為優(yōu)選，具體方法步驟為:
步驟一、以所要監(jiān)視的空域范圍的中心點(diǎn)為中心，將管制空間平面從一個(gè)方向到相對(duì)的另一個(gè)方向分為若干個(gè)水平帶狀空域，作為掃描系統(tǒng)掃描的基本單元；
步驟二、實(shí)時(shí)接收傳送的各雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)，讀入各單雷達(dá)航跡，對(duì)各單雷達(dá)航跡按空域帶進(jìn)行分區(qū)，即計(jì)算各單雷達(dá)航跡所屬空域帶；
步驟三、每個(gè)數(shù)據(jù)融合周期，按照空域帶順序，由上到下或由下到上線性掃描各空域帶，依次對(duì)各空域帶進(jìn)行時(shí)空對(duì)準(zhǔn)、航跡相關(guān)、航跡融合和系統(tǒng)航跡更新處理。
[0017]作為優(yōu)選，所述步驟三中，依次對(duì)各空域帶進(jìn)行處理時(shí)，判斷對(duì)當(dāng)前空域帶是否開(kāi)始處理的具體方法步驟為:
步驟301、每周期從O開(kāi)始，遍歷空域帶，獲取當(dāng)前空域帶號(hào)；若是第一次執(zhí)行，則上一次處理時(shí)刻nLastTime初始化為O ;
步驟302、獲取當(dāng)前UTC時(shí)間nCurTime ；
步驟303、計(jì)算當(dāng)前處理時(shí)刻nCurTime和上一處理時(shí)刻nLastTime的時(shí)間差dt=nCurTime-nLastTime ；
步驟304、判斷dt是否大于0，若小于等于0，轉(zhuǎn)步驟305，否則，轉(zhuǎn)步驟306 ；
步驟305、程序執(zhí)行流程休眠一定時(shí)長(zhǎng)，然后，轉(zhuǎn)步驟302 ;
步驟306、將nLastTime賦為nCurTime，并開(kāi)始對(duì)當(dāng)前空域帶進(jìn)行處理。
[0018]作為優(yōu)選，對(duì)當(dāng)前空域帶進(jìn)行處理的具體方法步驟為:
步驟a、判斷是否開(kāi)始對(duì)當(dāng)前空域帶進(jìn)行處理，是則進(jìn)入下一步；
步驟b、根據(jù)當(dāng)前處理空域帶號(hào)，確定當(dāng)前處理的空域帶范圍，通過(guò)時(shí)空對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，將該范圍內(nèi)的異步單雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)變換為同步數(shù)據(jù)；
步驟C、對(duì)當(dāng)前處理空域帶范圍內(nèi)的單雷達(dá)航跡和系統(tǒng)航跡進(jìn)行航跡相關(guān)，充分利用航跡的多維信息準(zhǔn)確找出屬于同一系統(tǒng)航跡的各單雷達(dá)航跡；
步驟d、對(duì)相互關(guān)聯(lián)的單雷達(dá)航跡利用動(dòng)態(tài)加權(quán)融合算法進(jìn)行航跡融合，生成融合航跡數(shù)據(jù)；
步驟e、更新當(dāng)前系統(tǒng)航跡，無(wú)單雷達(dá)與之相關(guān)的系統(tǒng)航跡進(jìn)行外推操作，外推操作達(dá)到一定次數(shù)的全局航跡進(jìn)行刪除操作，將新建立的系統(tǒng)航跡加入系統(tǒng)航跡集合；輸出當(dāng)前空域帶內(nèi)的系統(tǒng)航跡；若空域帶未處理完，準(zhǔn)備處理下一空域帶。
[0019]作為優(yōu)選，所述步驟d和步驟e之間還包括:若在當(dāng)前空域帶內(nèi)仍有未與已存在的系統(tǒng)航跡關(guān)聯(lián)的單雷達(dá)航跡，則由這個(gè)單雷達(dá)航跡初始化為系統(tǒng)航跡，并進(jìn)行去分裂處理。
[0020]作為優(yōu)選，將管制空間平面從北向南劃分為N個(gè)空域帶，編號(hào)為0~N_1，作為系統(tǒng)掃描的基本單元。
[0021]作為優(yōu)選，所述N大于等于20小于等于50。
[0022]作為優(yōu)選，所述N等于40。
[0023]作為優(yōu)選，所述時(shí)空對(duì)準(zhǔn)的具體方法步驟為:
步驟401、獲取當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo和當(dāng)前時(shí)刻nCurTime ；
步驟402、確定搜索空域帶范圍，若當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo為0，即第一個(gè)空域帶，則搜索空域帶范圍為當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo和當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo+Ι ;若當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo為N-1，即最后一個(gè)空域帶，則搜索空域帶范圍為當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo-Ι和當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo ;否則，搜索空域帶范圍為當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo-Ι，當(dāng)前空域帶號(hào)nCurrentBandNo和當(dāng)前空域帶號(hào) nCurrentBandNo+1 ；
步驟403、獲得搜索空域帶范圍內(nèi)的所有單雷達(dá)航跡，放入集合CurTrajs ;
步驟404、從集合CurTrajs中取一個(gè)單雷達(dá)航跡traj ；
步驟405、判斷所取的單雷達(dá)航跡traj是否相關(guān)，是則返回步驟404，否則進(jìn)入下一步;
步驟406、采用內(nèi)插/外推法，將traj線性同步到nCurTime時(shí)亥I」，放入集合LinearRadarTrajs。
[0024]作為優(yōu)選，所述航跡相關(guān)的具體方法步驟為:
步驟501、判斷是否航跡號(hào)相關(guān)，是則進(jìn)入下一步，否則判定為航跡不相關(guān)；
步驟502、判斷SSR、方向、方位、速度和高度五個(gè)條件是否相關(guān)；
步驟503、判斷所述五個(gè)條件中相關(guān)個(gè)數(shù)是否大于等于所設(shè)門限值M，是則確認(rèn)為航跡相關(guān)，否則確認(rèn)為航跡不相關(guān)；
所述M為3，4或5。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:因?yàn)楫?dāng)前空域帶內(nèi)的航跡僅可能與本空域帶及其相鄰空域帶內(nèi)的航跡有關(guān)聯(lián)關(guān)系，即僅搜索有限的幾個(gè)空域帶范圍內(nèi)的航跡即可進(jìn)行航跡相關(guān)，大大降低了航跡相關(guān)時(shí)的搜索計(jì)算量。
【附圖說(shuō)明】