一種多制式傳感器的數(shù)據(jù)融合算法

摘要：為了對付現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“四大威脅”，采用分布式、多制式傳感器組網(wǎng)對敵方目標(biāo)進行探測已經(jīng)變得十分必要，而多制式傳感器組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是數(shù)據(jù)融合問題。分析了三坐標(biāo)雷達(dá)、兩坐標(biāo)雷達(dá)和紅外探測器這三種常見種類的傳感器點跡幾何模型，提出了一種針對這三種不同制式傳感器的數(shù)據(jù)融合算法，并在某工程中得到了成功應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：多制式；測量相關(guān)；航跡相關(guān)；數(shù)據(jù)融合

0 引言
將不同制式的傳感器采用分布式、組網(wǎng)探測的方式能夠有效對付現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“四大威脅”。在分布式組網(wǎng)探測系統(tǒng)中，通常采取如下方式進行處理：首先由各個探測器形成局部航跡；然后將航跡數(shù)據(jù)上報到上級情報中心；最后情報中心對各局部航跡進行數(shù)據(jù)融合得到一個次優(yōu)的融合航跡。多種傳感器的目標(biāo)關(guān)聯(lián)方法主要有兩種方案，一種是測量一航跡關(guān)聯(lián)方案；另一種是航跡一航跡關(guān)聯(lián)方案。
本文在此分析討論的航跡一航跡關(guān)聯(lián)算法，適用于包含有三坐標(biāo)雷達(dá)、兩坐標(biāo)雷達(dá)和紅外探測器這三種傳感器組成的分布式網(wǎng)絡(luò)處理系統(tǒng)。在該分布式處理系統(tǒng)中，各個探測器先各自形成獨立的局部航跡，然后將航跡數(shù)據(jù)上報到情報融合中心進行數(shù)據(jù)融合處理并最終形成融合航跡。情報融合中心數(shù)據(jù)處理的難點在于有三種探測器測量值形式各不相同，除三坐標(biāo)雷達(dá)的局部航跡可以提供狀態(tài)估計以外，另外兩種傳感器都僅能提供每條局部航跡對應(yīng)的測量集。

1 模型建立與分析
下面以三種探測值的幾何模型為基礎(chǔ)定義測量一測量間的距離，在此基礎(chǔ)上進一步定義了測量集一測量集間的距離，并作為航跡一航跡關(guān)聯(lián)的定量度量。通過這種處理后，航跡關(guān)聯(lián)問題被轉(zhuǎn)化為了單純的聚類問題。在狀態(tài)估計上本文采用數(shù)據(jù)壓縮方式。即先用極大似然估計法從相關(guān)的多個測量數(shù)據(jù)中估計出融合點跡中心，最后用卡爾曼濾波器組得出最終的融合航跡。
1．1 三坐標(biāo)探測器點跡的幾何模型
三坐標(biāo)雷達(dá)的測向量為z=(r,θ,φ)，其中r為斜距，θ為方位角，φ是高低角。三坐標(biāo)雷達(dá)點跡測量幾何模型如圖1所示。

三坐標(biāo)雷達(dá)的一次測量能夠確定目標(biāo)在z=(r，θ，φ)所代表的點的附近，因此其測量點跡的幾何模型為一個點。
1．2 兩坐標(biāo)雷達(dá)點跡幾何模型
兩坐標(biāo)雷達(dá)的測向量形如z=(r，θ，φ)，其中r為斜距，θ為方位角。兩坐標(biāo)雷達(dá)點跡幾何模型如圖2所示。

兩坐標(biāo)雷達(dá)只能探測到斜距和方位角，通過其測量只能確定目標(biāo)在一個位于豎直平面內(nèi)的半徑為r的圓弧附近。并且受兩坐標(biāo)雷達(dá)高低角探測范圍限制，所以兩坐標(biāo)雷達(dá)的測量點跡的幾何模型為一段弧線。