基于多探測器組網的數據融合算法研究

摘 要 文章從未來戰爭環境出發，建立多探測器組網探測目標模式，針對數據融合中存在的坐標轉換、時標統一和航跡關聯等關鍵算法進行研究，給出了科學的計算公式，為數據融合的仿真計算、模型建立等具有指導意義。

關鍵詞 多探測器；組網；坐標轉換；時標統一；航跡關聯

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0074-01

近些年來，隨著高新技術不斷應用在軍事領域，數據融合技術受到人們普遍關注，數據融合現已被軍事領域和民營領域廣泛采用，特別是基于多探測器探測數據的融合，對于提高探測精度、消除探測盲區有著較高的軍事和經濟價值[1]。

1 多探測器探測數據融合特點分析

單探測器對目標信息數據的探測和多探測器對目標數據的探測在原理上沒有區別，但在數據處理上有很大的差異。組網給出的目標信息是網內多探測器探測的目標信息進行融合后的結果。

基于多探測器的數據融合需要解決以下幾個問題：

1）組網的系統誤差校正；

2）探測數據的坐標轉換；

3）探測數據的時間同步處理；

4）探測數據的算法研究。

2 探測數據的坐標轉換方法[2]

因為各探測器所處的位置不同，其探測數據是以探測器本身為中心的，必須要經過坐標轉換，換算成以基準點為中心的數據才能進行數據融合。為了減小數據處理的誤差，一定要避免近似計算[3]。

2.1 探測器探測數據坐標轉換

多探測器探測目標的位置信息需要在統一的坐標系中表達，這就涉及統一坐標系的選定和探測數據的坐標轉換。

一般來說，在計算中應當選取一個定點作為坐標系的原點，因為這樣可以很清晰的描述目標相對于地球的具體位置。在這里我們選取地球的中心作為坐標系的原點，用極坐標表示為，其中表示第i個目標與坐標原點之間的距離，表示第i個目標的大地經度，表示第i個目標的大地緯度。在以大地中心為原點的直角坐標系中（正北為Z軸）橢圓方程為[4]：

進行微分處理得到切線方程為：

得到法線方向的角度方程為：

其中為緯度方向上某一點的法線與x軸之間的夾角。

假設探測器的坐標為，用迪卡爾坐標系表達為，其中x軸指向正北，z軸指向曲面的法線方向，探測器探測目標位置信息為，轉換到迪卡爾坐標的轉換方程為：

2.2 探測報文的時標統一[4]

通常情況下，各探測器的數據采集周期不同，因此發送的數據包中的時標也不同，要進行航跡關聯和數據融合，就必須進行時間對準。時間對準就是將不同探測器在不同時間探測的數據統一到一個時間基準時標上。下面以兩個探測器為例進行說明。

假設探測器1的掃描周期為，探測器2的掃描周期為，且。圖1給出了探測器1和探測器2的一個探測序列。時間對準按以下方法進行：

圖1 探測器1、2的探測時間序列

1）每隔時間進行一個對準處理。設定開始時刻為0，生成一個處理時刻序列。利用數據采集設備實時記錄探測器的觀測時間，直到檢測到探測器輸出了新的數據報文，用新的報文更新舊的報文。

2）在時間間隔中，探測器發送的報文時標分別為和，在對時刻數據處理時，若，則把探測器2在是時刻的數據差值推導到；若，則把探測器1在是時刻的數據差值推導到。在每個數據處理時刻進行以上時間對準操作，則保證兩個探測器對同一目標的報文時標是一致的。

同理，可以對多個探測器進行時標對準，以得到同一時標下的探測信息，以便與數據融合處理。

2.3 航跡關聯

多探測器組成網絡，采用分布式數據融合結構，各探測器均有自身的數據信息處理系統，由于目標眾多，各探測器同時收集了大量的目標航跡信息，如何判別不同探測器上報的航跡信息為同一目標航跡，對于數據融合至關重要。當上報航跡信息相距較遠且沒有干擾、氣象雜波等情況下，航跡關聯較為簡單；當目標較多，且存在各種干擾時，航跡關聯就很復雜。以下以修正法介紹航跡關聯算法。

多探測器的估計誤差之間不總是統計獨立的，首先要計算估計誤差的互協方差矩陣，它是具有初始狀態的線性遞推式：

由于這種方法是直接加權法基礎上發展起來的，因此稱為修正法。

3 結束語

未來戰爭中電子對抗越來越激烈，利用單探測器對目標進行定位效果將越來越差，如何有效提高目標定位精度是決定未來戰爭成敗的關鍵因素。本文介紹多探測器組網融合技術，重點就坐標轉換、時標統一、航跡關聯等算法進行了分析說明。有效的對多探測器反饋數據進行數據融合對于提高探測器作戰使用效能、減小測量誤差具有深遠的軍事經濟價值。

參考文獻

[1]宋慶大.關于分布式雷達組網的技術研究[J].科技創新導報，2009（6）.

[2]王歡.基于雷達組網中新技術的研究[J].現代雷達，2007（1）.

[3]楊敏.淺談雷達組網技術[J].裝備與技術，2006（1）.

[4]趙興錄.防空制導雷達組網及其發展[J].雷達科學與技術，2003（4）.

[5]徐軍.分布式雷達組網模型研究[J].現代雷達，2003（12）.

作者簡介

張宏銘（1965-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint

摘 要 文章從未來戰爭環境出發，建立多探測器組網探測目標模式，針對數據融合中存在的坐標轉換、時標統一和航跡關聯等關鍵算法進行研究，給出了科學的計算公式，為數據融合的仿真計算、模型建立等具有指導意義。

關鍵詞 多探測器；組網；坐標轉換；時標統一；航跡關聯

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0074-01

近些年來，隨著高新技術不斷應用在軍事領域，數據融合技術受到人們普遍關注，數據融合現已被軍事領域和民營領域廣泛采用，特別是基于多探測器探測數據的融合，對于提高探測精度、消除探測盲區有著較高的軍事和經濟價值[1]。

1 多探測器探測數據融合特點分析

單探測器對目標信息數據的探測和多探測器對目標數據的探測在原理上沒有區別，但在數據處理上有很大的差異。組網給出的目標信息是網內多探測器探測的目標信息進行融合后的結果。

基于多探測器的數據融合需要解決以下幾個問題：

1）組網的系統誤差校正；

2）探測數據的坐標轉換；

3）探測數據的時間同步處理；

4）探測數據的算法研究。

2 探測數據的坐標轉換方法[2]

因為各探測器所處的位置不同，其探測數據是以探測器本身為中心的，必須要經過坐標轉換，換算成以基準點為中心的數據才能進行數據融合。為了減小數據處理的誤差，一定要避免近似計算[3]。

2.1 探測器探測數據坐標轉換

多探測器探測目標的位置信息需要在統一的坐標系中表達，這就涉及統一坐標系的選定和探測數據的坐標轉換。

一般來說，在計算中應當選取一個定點作為坐標系的原點，因為這樣可以很清晰的描述目標相對于地球的具體位置。在這里我們選取地球的中心作為坐標系的原點，用極坐標表示為，其中表示第i個目標與坐標原點之間的距離，表示第i個目標的大地經度，表示第i個目標的大地緯度。在以大地中心為原點的直角坐標系中（正北為Z軸）橢圓方程為[4]：

進行微分處理得到切線方程為：

得到法線方向的角度方程為：

其中為緯度方向上某一點的法線與x軸之間的夾角。

假設探測器的坐標為，用迪卡爾坐標系表達為，其中x軸指向正北，z軸指向曲面的法線方向，探測器探測目標位置信息為，轉換到迪卡爾坐標的轉換方程為：

2.2 探測報文的時標統一[4]

通常情況下，各探測器的數據采集周期不同，因此發送的數據包中的時標也不同，要進行航跡關聯和數據融合，就必須進行時間對準。時間對準就是將不同探測器在不同時間探測的數據統一到一個時間基準時標上。下面以兩個探測器為例進行說明。

假設探測器1的掃描周期為，探測器2的掃描周期為，且。圖1給出了探測器1和探測器2的一個探測序列。時間對準按以下方法進行：

圖1 探測器1、2的探測時間序列

1）每隔時間進行一個對準處理。設定開始時刻為0，生成一個處理時刻序列。利用數據采集設備實時記錄探測器的觀測時間，直到檢測到探測器輸出了新的數據報文，用新的報文更新舊的報文。

2）在時間間隔中，探測器發送的報文時標分別為和，在對時刻數據處理時，若，則把探測器2在是時刻的數據差值推導到；若，則把探測器1在是時刻的數據差值推導到。在每個數據處理時刻進行以上時間對準操作，則保證兩個探測器對同一目標的報文時標是一致的。

同理，可以對多個探測器進行時標對準，以得到同一時標下的探測信息，以便與數據融合處理。

2.3 航跡關聯

多探測器組成網絡，采用分布式數據融合結構，各探測器均有自身的數據信息處理系統，由于目標眾多，各探測器同時收集了大量的目標航跡信息，如何判別不同探測器上報的航跡信息為同一目標航跡，對于數據融合至關重要。當上報航跡信息相距較遠且沒有干擾、氣象雜波等情況下，航跡關聯較為簡單；當目標較多，且存在各種干擾時，航跡關聯就很復雜。以下以修正法介紹航跡關聯算法。

多探測器的估計誤差之間不總是統計獨立的，首先要計算估計誤差的互協方差矩陣，它是具有初始狀態的線性遞推式：

由于這種方法是直接加權法基礎上發展起來的，因此稱為修正法。

3 結束語

未來戰爭中電子對抗越來越激烈，利用單探測器對目標進行定位效果將越來越差，如何有效提高目標定位精度是決定未來戰爭成敗的關鍵因素。本文介紹多探測器組網融合技術，重點就坐標轉換、時標統一、航跡關聯等算法進行了分析說明。有效的對多探測器反饋數據進行數據融合對于提高探測器作戰使用效能、減小測量誤差具有深遠的軍事經濟價值。

參考文獻

[1]宋慶大.關于分布式雷達組網的技術研究[J].科技創新導報，2009（6）.

[2]王歡.基于雷達組網中新技術的研究[J].現代雷達，2007（1）.

[3]楊敏.淺談雷達組網技術[J].裝備與技術，2006（1）.

[4]趙興錄.防空制導雷達組網及其發展[J].雷達科學與技術，2003（4）.

[5]徐軍.分布式雷達組網模型研究[J].現代雷達，2003（12）.

作者簡介

張宏銘（1965-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint

摘 要 文章從未來戰爭環境出發，建立多探測器組網探測目標模式，針對數據融合中存在的坐標轉換、時標統一和航跡關聯等關鍵算法進行研究，給出了科學的計算公式，為數據融合的仿真計算、模型建立等具有指導意義。

關鍵詞 多探測器；組網；坐標轉換；時標統一；航跡關聯

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0074-01

近些年來，隨著高新技術不斷應用在軍事領域，數據融合技術受到人們普遍關注，數據融合現已被軍事領域和民營領域廣泛采用，特別是基于多探測器探測數據的融合，對于提高探測精度、消除探測盲區有著較高的軍事和經濟價值[1]。

1 多探測器探測數據融合特點分析

單探測器對目標信息數據的探測和多探測器對目標數據的探測在原理上沒有區別，但在數據處理上有很大的差異。組網給出的目標信息是網內多探測器探測的目標信息進行融合后的結果。

基于多探測器的數據融合需要解決以下幾個問題：

1）組網的系統誤差校正；

2）探測數據的坐標轉換；

3）探測數據的時間同步處理；

4）探測數據的算法研究。

2 探測數據的坐標轉換方法[2]

因為各探測器所處的位置不同，其探測數據是以探測器本身為中心的，必須要經過坐標轉換，換算成以基準點為中心的數據才能進行數據融合。為了減小數據處理的誤差，一定要避免近似計算[3]。

2.1 探測器探測數據坐標轉換

多探測器探測目標的位置信息需要在統一的坐標系中表達，這就涉及統一坐標系的選定和探測數據的坐標轉換。

一般來說，在計算中應當選取一個定點作為坐標系的原點，因為這樣可以很清晰的描述目標相對于地球的具體位置。在這里我們選取地球的中心作為坐標系的原點，用極坐標表示為，其中表示第i個目標與坐標原點之間的距離，表示第i個目標的大地經度，表示第i個目標的大地緯度。在以大地中心為原點的直角坐標系中（正北為Z軸）橢圓方程為[4]：

進行微分處理得到切線方程為：

得到法線方向的角度方程為：

其中為緯度方向上某一點的法線與x軸之間的夾角。

假設探測器的坐標為，用迪卡爾坐標系表達為，其中x軸指向正北，z軸指向曲面的法線方向，探測器探測目標位置信息為，轉換到迪卡爾坐標的轉換方程為：

2.2 探測報文的時標統一[4]

通常情況下，各探測器的數據采集周期不同，因此發送的數據包中的時標也不同，要進行航跡關聯和數據融合，就必須進行時間對準。時間對準就是將不同探測器在不同時間探測的數據統一到一個時間基準時標上。下面以兩個探測器為例進行說明。

假設探測器1的掃描周期為，探測器2的掃描周期為，且。圖1給出了探測器1和探測器2的一個探測序列。時間對準按以下方法進行：

圖1 探測器1、2的探測時間序列

1）每隔時間進行一個對準處理。設定開始時刻為0，生成一個處理時刻序列。利用數據采集設備實時記錄探測器的觀測時間，直到檢測到探測器輸出了新的數據報文，用新的報文更新舊的報文。

2）在時間間隔中，探測器發送的報文時標分別為和，在對時刻數據處理時，若，則把探測器2在是時刻的數據差值推導到；若，則把探測器1在是時刻的數據差值推導到。在每個數據處理時刻進行以上時間對準操作，則保證兩個探測器對同一目標的報文時標是一致的。

同理，可以對多個探測器進行時標對準，以得到同一時標下的探測信息，以便與數據融合處理。

2.3 航跡關聯

多探測器組成網絡，采用分布式數據融合結構，各探測器均有自身的數據信息處理系統，由于目標眾多，各探測器同時收集了大量的目標航跡信息，如何判別不同探測器上報的航跡信息為同一目標航跡，對于數據融合至關重要。當上報航跡信息相距較遠且沒有干擾、氣象雜波等情況下，航跡關聯較為簡單；當目標較多，且存在各種干擾時，航跡關聯就很復雜。以下以修正法介紹航跡關聯算法。

多探測器的估計誤差之間不總是統計獨立的，首先要計算估計誤差的互協方差矩陣，它是具有初始狀態的線性遞推式：

由于這種方法是直接加權法基礎上發展起來的，因此稱為修正法。

3 結束語

未來戰爭中電子對抗越來越激烈，利用單探測器對目標進行定位效果將越來越差，如何有效提高目標定位精度是決定未來戰爭成敗的關鍵因素。本文介紹多探測器組網融合技術，重點就坐標轉換、時標統一、航跡關聯等算法進行了分析說明。有效的對多探測器反饋數據進行數據融合對于提高探測器作戰使用效能、減小測量誤差具有深遠的軍事經濟價值。

參考文獻

[1]宋慶大.關于分布式雷達組網的技術研究[J].科技創新導報，2009（6）.

[2]王歡.基于雷達組網中新技術的研究[J].現代雷達，2007（1）.

[3]楊敏.淺談雷達組網技術[J].裝備與技術，2006（1）.

[4]趙興錄.防空制導雷達組網及其發展[J].雷達科學與技術，2003（4）.

[5]徐軍.分布式雷達組網模型研究[J].現代雷達，2003（12）.

作者簡介

張宏銘（1965-），男，遼寧沈陽人，高級工程師，從事雷達方面的研究工作。endprint