陸光宇

(北京西三環(huán)中路19號　北京　100841)

一種基于整體空間位置的融合航跡精度評估方法*

陸光宇

(北京西三環(huán)中路19號北京100841)

摘要根據(jù)艦載作戰(zhàn)系統(tǒng)研制過程中面臨的情報處理目標(biāo)融合航跡精度評估難題,分析了現(xiàn)有艦載情報處理目標(biāo)融合航跡精度評估方法的不科學(xué)性、評估指標(biāo)的不合理性。論文建立了一種基于整體空間位置的融合航跡精度評估指標(biāo),給出了定義、數(shù)學(xué)模型以及計算評估方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明了該方法的有效性,可為型號試驗(yàn)融合航跡精度指標(biāo)評估提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞原始航跡; 融合航跡; 航跡精度; 評估

Class NumberTN957; TP274

1引言

艦載情報信息處理性能評估技術(shù)是系統(tǒng)研究、分析、開發(fā)與評價的重要課題,一直是艦載指控系統(tǒng)研制過程中面臨的難題,其中目標(biāo)融合航跡精度測試是艦載情報信息處理性能評估的主要任務(wù)之一,是艦艇系泊、航行、鑒定試驗(yàn)過程中的重要驗(yàn)證指標(biāo)。如何建立一套科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的目標(biāo)融合航跡評估方法,能夠?qū)θ诤舷到y(tǒng)進(jìn)行客觀、公正、有效地評價是目前研究的重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的艦載情報處理目標(biāo)融合航跡精度評估方法一般采用極坐標(biāo)形式,分別對目標(biāo)距離、方位以及仰角三個不同方向進(jìn)行精度評估[1～12],當(dāng)某一方向精度評估值低于任一輸入源該方向最高精度評估值時,其目標(biāo)融合航跡精度指標(biāo)不合格。文獻(xiàn)[2]中精度評估方式是計算測試時段內(nèi)艦載指控系統(tǒng)輸出的目標(biāo)航跡和真實(shí)目標(biāo)航跡位置誤差原點(diǎn)矩。文獻(xiàn)[3]是統(tǒng)計目標(biāo)航跡和真實(shí)目標(biāo)航跡位置誤差中心矩作為融合航跡精度評估指標(biāo)。其他的國內(nèi)外文獻(xiàn)基本上也是基于這兩種方法或者在二者基礎(chǔ)上采用改進(jìn)加權(quán)的方式分別計算融合目標(biāo)距離精度、方位精度和仰角精度,每個矢量方向的精度都低于來源精度,則判精度測試達(dá)標(biāo),只要有一個矢量上不滿足,則判為精度測試不達(dá)標(biāo),這種評估方法缺乏整體性考慮,不夠全面科學(xué)的考慮實(shí)測環(huán)境,導(dǎo)致指標(biāo)往往很難達(dá)到。

本文提出一種基于空間統(tǒng)計的融合航跡精度評估方法,該方法不僅考慮了傳統(tǒng)評估方法存在的不完整性,還充分考慮到指控系統(tǒng)情報處理定時輸出導(dǎo)致的融合目標(biāo)外推引入的誤差,考慮到實(shí)際測量樣本量局限導(dǎo)致的根據(jù)傳統(tǒng)的理論公式計算出來的精度值作為直接評判標(biāo)準(zhǔn)的不科學(xué)性,實(shí)現(xiàn)了測試環(huán)境復(fù)雜情況下的有效評估。

2傳統(tǒng)精度計算方法

傳統(tǒng)的航跡精度是指系統(tǒng)對獲取的目標(biāo)信息進(jìn)行提取跟蹤和信息融合處理后,融合輸出航跡在平臺為中心東北天坐標(biāo)系下距離、方位、仰角精度。目前國內(nèi)科研學(xué)者對融合航跡精度的要求通常為在傳感器精度滿足標(biāo)稱值時,不低于傳感器輸入的最高精度[1]。

方位精度為

仰角精度為

基于極坐標(biāo)的航跡精度評估方法,需要計算航跡目標(biāo)距離精度、方位精度和仰角精度,每個矢量方向的精度都低于來源精度,則判精度測試達(dá)標(biāo),只要有一個矢量上不滿足,則判為精度測試不達(dá)標(biāo),這種評估方法缺乏整體性考慮,不夠全面科學(xué)的考慮實(shí)測環(huán)境,導(dǎo)致指標(biāo)往往很難達(dá)到。

3基于空間位置的融合航跡精度評估方法

3.1最優(yōu)航跡計算

傳統(tǒng)精度計算方法除了評估指標(biāo)缺乏整體性考慮外,在真實(shí)航跡、源航跡和融合航跡匹配關(guān)系上采用的是批號對照表,在實(shí)際型號系統(tǒng)測試中要獲取批號對照信息過于繁瑣和低效,批號對照信息錯誤會導(dǎo)致評估結(jié)果不合理。鑒于此,本文提出了最小RMS方法來確定三者之間的最優(yōu)航跡匹配。

定義1設(shè)真值航跡與對應(yīng)探測的所有傳感器的時刻的真值航跡點(diǎn)集合,稱為該真值航跡的有效航跡。

定義2設(shè)與有效航跡對應(yīng)時刻最近鄰的融合航跡點(diǎn),稱為該有效航跡的最佳匹配點(diǎn)。

定義3設(shè)與有效航跡對應(yīng)的所有最佳匹配點(diǎn)的集合,稱為該有效航跡的待評估航跡。

確定待評估航跡主要分為三個步驟,具體執(zhí)行如下:

Step3:根據(jù)定義3,確定有效航跡的待評估航跡。利用定義2對所有融合航跡時刻點(diǎn)進(jìn)行最佳匹配,將與有效航跡i的所有最佳匹配點(diǎn)形成待評估航跡。

基于上述方法,可以獲得有效航跡與待評估航跡的關(guān)系,利用這種最優(yōu)航跡匹配關(guān)系就可以較好地進(jìn)行系統(tǒng)性能綜合評估。

3.2基于空間位置的融合航跡精度評估

假設(shè)真值航跡Ri(x,y,z),根據(jù)上述最優(yōu)航跡計算方法,遍歷得到真實(shí)航跡的有效航跡Si(x,y,z),進(jìn)而得到對應(yīng)的待評估航跡Fi(x,y,z)。融合航跡質(zhì)量評估值σ計算公式如下:

其中,n表示對應(yīng)時刻有效航跡總點(diǎn)數(shù),F(di)=Fi(x,y,z)-Ri(x,y,z),S(di)=Si(x,y,z)-Ri(x,y,z)。

4仿真驗(yàn)證與分析

以兩部三維雷達(dá)共同探測兩批目標(biāo)為例,導(dǎo)航平臺做勻速直線運(yùn)動, 仿真40個周期。兩部雷達(dá)

探測周期均為2s,實(shí)時融合航跡輸出周期為1s,具體如圖1、圖2所示。

圖1　真實(shí)目標(biāo)運(yùn)動軌跡圖

圖2　雷達(dá)探測目標(biāo)軌跡圖

此次測試樣本量n=40,給定顯著性水平α=0.05。依據(jù)本文提出的方法,計算航跡融合系統(tǒng)精度σ=19.69,查詢χ2分位表得到χ1-0.05(40)=26.51,融合精度19.69<26.51,判斷航跡融合系統(tǒng)精度測試達(dá)標(biāo)。

表1　雷達(dá)標(biāo)稱精度

通過上述試驗(yàn)表明,該綜合評估方法能夠較好地對復(fù)雜戰(zhàn)情下的艦載情報信息處理軟件系統(tǒng)進(jìn)行客觀、全面、有效的評價,具有較強(qiáng)的適用性和魯棒性。

5結(jié)語

本文主要面向復(fù)雜戰(zhàn)情下的艦載情報信息處理融合航跡精度評估需求,提出一種基于空間統(tǒng)計的融合航跡精度評估方法,該方法不僅考慮了傳統(tǒng)評估方法存在的不完整性,還充分考慮到指控系統(tǒng)情報處理定時輸出導(dǎo)致的融合目標(biāo)外推引入的誤差,考慮到實(shí)際測量樣本量局限導(dǎo)致的根據(jù)傳統(tǒng)的理論公式計算出來的精度值作為直接評判標(biāo)準(zhǔn)的不科學(xué)性,實(shí)現(xiàn)了測試環(huán)境復(fù)雜情況下的有效評估,為艦艇航行、鑒定試驗(yàn)提供有力支撐。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 趙立志.艦載情報處理目標(biāo)融合航跡精度評估方法研究[J].計算機(jī)數(shù)字與數(shù)字工程,2015,314(12):2165-2169.

[2] 鄒偉,焦綱領(lǐng),孫倩,等.信息融合系統(tǒng)能力綜合評價的一種計算方法[J].艦船科學(xué)技術(shù),2010,32:111-113.

[3] 鄒偉, 劉兵,孫倩.多源信息融合能力評估關(guān)鍵技術(shù)綜述[C]//信息融合學(xué)術(shù)論文集,2009:221-225.

[4] 孫倩,王延璋,鄒偉.基于雷達(dá)精度的融合航跡正確性判斷[C]//信息融合學(xué)術(shù)論文集,2009:247-249.

[5] 羅蓉,徐紅兵,田濤.復(fù)雜系統(tǒng)多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)及應(yīng)用[J].中國測試技術(shù),2006,32(4):17-21.

[6] D. J. Kewley. A Model for Evaluating Data Fusion Systems[C]//IEEE,1993:123-126.

[7] Barry E. Fridling, Oliver E. Drummond.多目標(biāo)跟蹤算法中的實(shí)用測試方法[C]//SPIE,1991:98-102.

[8] Oliver E. Drummond, Barry E. Fridling. Ambiguities in evaluating performance of multiple target tracking algorithms[C]//SPIE,1992:248-251.

[9] 洪靜,林家鈞.信息融合系統(tǒng)評價中指標(biāo)權(quán)值的求取和自適應(yīng)調(diào)整[J].傳感器世界,2006,3:25-27.

[10] 周永豐,吳漢寶.雷達(dá)數(shù)據(jù)相關(guān)器的基本性能測試方法[J].艦船電子工程,2005,25(1):35-40.

[11] D. J. Kewley.一種數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)評估模型[C]//IEEE,1993:123-126.

[12] 李素民,韓建興,杜陽華.情報信息處理能力測試與評估技術(shù)[J].火力與指揮控制,2008,33(3):103-106.

An Accuracy Evaluation Method of Fusion Track Based on Whole Space Position

LU Guangyu

(No.19 Central Xisanhuan Road, Beijing100841)

AbstractAccording to the information processing target fusion track accuracy assessment in the process of the development of the shipboard combat system, the paper analyzes the unscientific nature of target fusion track accuracy evaluation method and the irrationality of evaluation standard. The paper establishes an accuracy evaluation method of fusion track based in whole space position, gives the definition, the mathematical model, and the calculated means. The simulation shows that the evaluation method is valid and can provide guidance for the accuracy evaluation of the fusion track of the model test.

Key Wordsoriginal track, fusion track, track accuracy, evaluation

*收稿日期:2015年12月6日,修回日期:2016年1月19日

作者簡介:陸光宇,男,碩士,工程師,研究方向:軍事信息系統(tǒng)及作戰(zhàn)指揮控制。

中圖分類號TN957; TP274

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.009