BDS系統與雷達信息融合研究

趙永剛

（91245部隊，遼寧葫蘆島，125001）

BDS系統與雷達信息融合研究

趙永剛

（91245部隊，遼寧葫蘆島，125001）

對雷達和BDS的數據進行了介紹，對其特點進行了比較，并介紹了兩者數據融合的結構模型。主要介紹了雷達和BDS在數據預處理、以及航跡關聯和航跡融合的現況。

雷達；BDS；信息融合

0 引言

中國北斗衛星導航系統（BDS）是一種新的導航系統，可以在范圍為各類用戶全天候、全天提供高精度、高可靠的定位、導航和授時服務，具有短報文通信能力，具有區域導航、定位和定時的能力，定位精度10米，0.2米/秒的測量精度，10納秒的時間精度。然而，作為一個具有全景監視能力的自主檢測設備，雷達的功能仍然是不可替代的。通過雷達和BDS信息相結合，船舶航行安全信息系統可以實現彼此的優勢互補，從而發揮更大的作用在船舶航行安全。雷達和BDS信息融合是信息在時間和空間上是統一的前提下，最關鍵的是跟蹤相關的決定，這是形成最終的軌道[1]。

1 雷達與BDS的數據特點

在獲取信息的方法中，雷達是一種有源傳感器，它通過發射電磁能量和接收兩個散射回波來獲得目標的位置和運動參數。因此，雷達可以獲得全景圖像的交通圖像，除了所有的移動目標，靜止和靜止的目標，和其他環境信息。此外，雷達目標回波可以在一定程度上反映目標的大小和形狀。目標的BDS的檢測是非自主的，它只能接收船舶信息與BDS系統。BDS信息包括位置、航向、速度、距離等動態信息。兩個傳感器的信息特征如表1所示。

表1 雷達與AIS的信息特點比較

雷達存在盲區不存在盲區受氣象、地形和海況的影響大受氣象、地形和海況的影響小多目標處于近距離時易造成目標丟失或誤跟蹤在限定的目標數內，不會出現問題數據精度不高，信息量少數據精度高，信息量大

2 信息融合結構模型

由于雷達信息處理系統和BDS是獨立的，以較低的價格擁有較高的可靠性和可用性的分布式結構，減少數據總線的帶寬和數據處理的要求，與集中式結構相同或相近的精度。因此，雷達和BDS進行信息融合，使用分布式結構，如圖1所示。

3 數據預處理

數據預處理主要由坐標變換及時間對準組成。由于雷達和BDS觀察時間不同，空間參考點，雙方的數據應進行預處理，為了方便信息融合。

3.1 坐標變換

BDS和雷達有不同的方法來描述目標的位置。目標的位置數據通過BDS是來自船舶的BDS是緯度和經度的地理坐標表示。雷達目標位置以距離和方位極坐標表示。為了便于后續處理，這兩個被轉換為直角坐標系，如圖2所示。

圖中，rT表示雷達獲得的目標位置，aT表示BDS獲得的目標位置，（rX,rY）表示雷達信息數據的直角坐標，（aX,aY）表示BDS信息數據的直角坐標。

圖1 雷達與BDS數據融合模型

3.1.1 BDS數據的坐標變換

BDS接收機提供的目標位置數據格式是WGS-84坐標系，經常用以下兩種方法將其轉換成直角坐標。

高斯-克呂格投影:高斯-克呂格投影是一個橫向切向的橢圓柱面投影。這是一個橢圓柱橫切地球橢球，橢球相切的橢圓柱面作為經線的投影，稱為中央經線，然后根據一定的約束條件，如投影條件，將中央子午線的投影范圍內雙方提供橢圓柱面，從而得到高斯的投影點。

圖2 雷達與BDS目標位置數據坐標變換示意圖

近似計算:計算公式

其中，(L0,B0)表示本船的地理坐標，(La,Ba)表示BDS目標位置數據的地理坐標。

在方法1中BDS的目標位置數據的坐標轉換是非常復雜的，并對該公式的準確性和局限性值得探討。此外，這種方法很難實現計算機的快速計算，而且處理海量數據比較困難。在方法2中，轉換方法簡單方便，但采用近似公式，即不能保證同一水平面上被測目標的精度。

3.1.2 雷達目標位置數據的坐標變換

雷達目標位置數據的坐標采用極坐標，表示為距離R和方位θ,將其轉換為直角坐標系的計算公式為[2]

3.2 時間對準

通常雷達的掃描周期較為固定且時間間隔相同，因此雷達信息時間間隔穩定。BDS信息在不同狀態下時間間隔是不同的。所以需要對雷達和BDS目標信息進行時間對準。

時間對準通常采用以下三種方法。

3.2.1 最鄰近規則試探法。

假設在一個時間段內BDS和雷達的采樣時刻分別如下：BDS采樣時刻序列：雷達采樣時刻序列：把這個時間段內BDS和雷達的采樣時刻序列聚為一個集合。式中n=f+t。在此基礎上，使用最近鄰規則啟發式的時間對準，即，均勻的采樣時間序列被確定。

3.2.2 自適應時間對準。

分析由于方法2將使用自動調節采樣時刻作為基準數據，采樣點比方法1多；而且減少了對時刻的計算，因此避免了誤差產生的機會，所以在理論方法2比方法1要好。

3.3 BDS信息插值和外推。

由于BDS廣播信息的動態區間在艦船的不同狀態的不同，雷達和BDS信息可以插或外推內兩個廣播間隔時間對準。例如，動態信息插值、線性時間插值和樣條插值等。

4 航跡關聯

雷達和BDS信息融合航跡相關，這是關鍵的問題，無論是從兩個傳感器，兩軌道代表相同的目標。它解決了傳感器在空間覆蓋范圍內的重復跟蹤問題，從某種意義上說，航跡相關就是“重復”。當目標相對較遠，沒有干擾時，進行航跡關聯比較容易。當區域內目標較多，目標相距較近，航跡存在交叉等干擾時航跡關聯比較復雜。航跡關聯算法可分為兩類：一是基于統計的方法，二是基于模糊數字的方法。

5 航跡融合

根據實際經驗表明，航跡融合可以對同一目標的航跡進行處理，可以得到目標狀態估計。航跡融合的方法主要是結合位置信息接收的BDS根據精密測量雷達的位置信息，從而提高跟蹤精度。此外，如果雷達探測的目標丟失或接收的BDS的信息丟失，可靠性將由軌道合并改進。融合精度的觀察結果取決于兩個傳感器，因此有必要研究如何提高單傳感器的精度，如單傳感器濾波的檢測級融合，從而提高精度。

6 結束語

雷達與BDS信息融合是異類傳感器信息融合的一個研究熱點。由于能夠實現優勢互補，提高目標航跡的精度與可靠性，因而引起了廣泛的關注。本文對基于雷達與BDS傳感器的信息融合進行了系統的闡述，包括數據特點比較、信息融合結構模式、數據預處理、航跡關聯和航跡融合，這些內容對雷達與BDS融合系統的設計和算法研究都具有一定的參考意義。在雷達與BDS信息融合中，仍有許多問題有待于進一步研究。

[1]花漢兵.雷達組網的特點及其關鍵技術研究[J].現代電子技術,2007,23：33-35.

[2]錢駿,李棟.多雷達數據融合中的數據預處理[J].火控雷達技術,2009,9：55-58.

Research on BDS system and radar information fusion

Zhao Yonggang
(Unit 91245 of PLA，Huludao Liaoning,125001)

The data of radar and BDS are introduced, their characteristics are compared, and the structure model of data fusion is introduced. This paper mainly introduces radar and BDS data preprocessing, track correlation and track fusion.

radar; BDS; information fusion