冷銳

（中國民用航空西南地區(qū)空中交通管理局技術(shù)保障中心 成都 610000）

多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與航跡融合技術(shù)研究

冷銳

（中國民用航空西南地區(qū)空中交通管理局技術(shù)保障中心 成都 610000）

隨著科技的發(fā)展，信息融合技術(shù)不斷應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，單一傳感器有著一定的局限性，多傳感器融合逐漸受到人們的青睞。本文簡要闡述了多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與航跡融合技術(shù)的研究背景，分析了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法，研究了航跡融合技術(shù)。

多傳感器；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)；航跡融合技術(shù)

前言

多傳感器融合在數(shù)據(jù)的可靠性和信息的準(zhǔn)確性上更強(qiáng)，多傳感器對于同一目標(biāo)的信息是有關(guān)聯(lián)的，而航跡融合是十分重要的一種多傳感器數(shù)據(jù)融合?；谝陨希疚暮喴芯苛硕鄠鞲衅鲾?shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與航跡融合技術(shù)。

1 研究背景分析

航跡指的是某傳感器在接收到目標(biāo)反射的電磁波后進(jìn)行計(jì)算、檢測，從而形成空間位置的離散點(diǎn)列。對于多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與航跡融合來說，如何檢測出目標(biāo)并提取目標(biāo)航跡至關(guān)重要。

數(shù)據(jù)在實(shí)時(shí)獲取的過程中可能包含多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，而一個(gè)傳感器獲取的數(shù)據(jù)也可能包含多個(gè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)來提取航跡對，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，看其是否屬于一個(gè)航跡，數(shù)據(jù)的獲取是實(shí)時(shí)的，在獲取的過程中可能會(huì)涉及到掃描過的目標(biāo)，這就會(huì)形成一些孤立的觀測點(diǎn)，這就要求對觀測進(jìn)行類別的區(qū)分。

不同傳感器的開機(jī)時(shí)間、工作時(shí)間以及受到的通訊影響都不盡相同，這就使得不同傳感器對相同目標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)會(huì)有一個(gè)時(shí)間差，因此，在進(jìn)行航跡融合之前，要對時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)，做好時(shí)間上的匹配，從本質(zhì)上來說就是將不同傳感器的測量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行時(shí)間上的同步處理[1]。

在觀測的過程中，目標(biāo)的經(jīng)緯度、高度以及速度等數(shù)據(jù)都會(huì)存在偏差，這就需要對傳感器之間的偏差進(jìn)行校對，具體來說，可以分析航跡上相鄰點(diǎn)之間的距離和時(shí)間，與記錄值進(jìn)行比較，對不同傳感器觀測到的統(tǒng)一目標(biāo)航跡進(jìn)行融合，從而得到與實(shí)際接近的航跡。

2 多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

多傳感器融合系統(tǒng)中，即使只有一個(gè)目標(biāo)，由于雜波的干擾也可能出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的情況，這就對多個(gè)目標(biāo)測量數(shù)據(jù)真實(shí)性的判斷產(chǎn)生影響，這就需要利用多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法來消除目標(biāo)觀測過程中存在的不確定性。

多傳感器數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)指的就是傳感器接受觀測信息之間的對應(yīng)關(guān)系，從宏觀上來說可以分為兩種數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：①動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：指的是目標(biāo)預(yù)測位置和目標(biāo)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行反復(fù)、動(dòng)態(tài)的關(guān)聯(lián)，直到確定量測信息是虛警信號還是已知目標(biāo)航跡信號或新的目標(biāo)航跡信號；②靜態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：指的是對已經(jīng)確定的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)或動(dòng)態(tài)目標(biāo)的量測信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

對于多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)來說，大多數(shù)屬于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，其對于確定目標(biāo)與量測信息的對應(yīng)關(guān)系至關(guān)重要。多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法有很多，本文以最近鄰方法為例，對多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法進(jìn)行分析如下：

相較于其他算法而言，最近鄰算法相對簡單，其將與目標(biāo)預(yù)測位置最鄰近的跟蹤門內(nèi)傳感器作為關(guān)聯(lián)的點(diǎn)跡。

假設(shè)傳感器的掃描為第k次掃描，第k次量測數(shù)據(jù)設(shè)為Zj（k），其中j=1，2，3……，N。之前建立的航跡為N條，以第i條航跡為例，則測量值與觀測值之間的差可以表示為：

統(tǒng)計(jì)距離的平方公式為：

根據(jù)統(tǒng)計(jì)距離的平方就能夠判斷出傳感器為目標(biāo)最鄰近的傳感器，最近鄰算法適用于目標(biāo)密度較小、信噪比較高的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)計(jì)算，但也有目標(biāo)錯(cuò)誤判斷的可能。

3 航跡融合

3.1 提取目標(biāo)航跡

目標(biāo)航跡的提取是進(jìn)行航跡融合的起點(diǎn)，目標(biāo)航跡提取方法主要分為批處理技術(shù)和順序處理技術(shù)兩類。多個(gè)傳感器可能在不同的時(shí)刻量測到不同目標(biāo)的數(shù)據(jù)信息，且不同目標(biāo)航跡信息可能會(huì)出現(xiàn)相互疊加的情況，因此在進(jìn)行目標(biāo)航跡提取的過程中，可以根據(jù)短時(shí)間內(nèi)航跡角度變化和距離了變化穩(wěn)定來進(jìn)行提取，首先對量測數(shù)據(jù)進(jìn)行不同傳感器的判斷，將統(tǒng)一傳感器數(shù)據(jù)歸為一類，將此類數(shù)據(jù)與已知此傳感器航跡末端數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，如果角度變化和距離變化沒有超出一定的范圍，則選擇角度變化和距離變化最小的航線。

3.2 時(shí)間匹配

多傳感器的目標(biāo)數(shù)據(jù)受到眾多因素的影響，不同傳感器對同一目標(biāo)觀測可能會(huì)出現(xiàn)不同的量測數(shù)據(jù)，這就是量測數(shù)據(jù)的時(shí)間差，為了對目標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控，需要對同一目標(biāo)不同傳感器的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間匹配，即在時(shí)間上的同步，這樣在受到目標(biāo)數(shù)據(jù)更新的時(shí)候就能夠快速配合輸出目標(biāo)航跡。同一目標(biāo)量測數(shù)據(jù)不同傳感器、不同時(shí)間的匹配對于航跡融合至關(guān)重要，而這就對配準(zhǔn)方法提出了較高的要求。

就目前來看，均采樣傳感器的配準(zhǔn)比較容易，但從實(shí)際的角度出發(fā)，多傳感器融合系統(tǒng)中，許多的傳感器并不是均勻采樣，當(dāng)前對準(zhǔn)算法發(fā)展較快，例如一種基于曲線擬合的對準(zhǔn)算法就比較先進(jìn)，基于曲線擬合的對準(zhǔn)算法能夠?qū)σ粋€(gè)或多個(gè)傳感器的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，從而使多個(gè)傳感器量測數(shù)據(jù)存在于一條曲線上，之后根據(jù)擬合后的曲線對任意時(shí)刻的量測數(shù)據(jù)值進(jìn)行計(jì)算，再按照相關(guān)匹配準(zhǔn)則，對不同傳感器的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間上的匹配，這就能夠讓每一個(gè)傳感器獲得基于采樣時(shí)間的數(shù)據(jù)，能夠以此為依據(jù)分析兩個(gè)傳感器在相交時(shí)間內(nèi)的航跡[2]。

3.3 航跡融合

要想得到與實(shí)際基本一致的航跡，就要對多個(gè)傳感器所量測到的航跡進(jìn)行融合，在航跡融合的過程中確定最終的航跡，此航跡則與實(shí)際基本一致。

航跡融合的配準(zhǔn)方法有很多，其中極大似然估計(jì)配準(zhǔn)法是比較實(shí)用的一種，其能夠批處理多個(gè)傳感器的系統(tǒng)誤差，根據(jù)極大似然法得出估計(jì)值，再進(jìn)行配準(zhǔn)，能夠消除目標(biāo)定位的影響，實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器量測航跡的定位融合。

4 結(jié)論

綜上所述，本文本文簡要研究了多傳感器的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，提出了一種相對比較簡單的最近鄰算法，之后從目標(biāo)航跡提取、時(shí)間匹配、航跡融合等三個(gè)方面研究了多傳感器的航跡融合，旨在為多傳感器關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)與航跡融合技術(shù)的優(yōu)化提供參考。

[1]田雪怡，李一兵，李志剛.航跡融合算法在多傳感器融合中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012，01：53～56.

[2]呂博，王大偉，王卓群.多傳感器數(shù)據(jù)融合與航跡預(yù)測的模型設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用科技，2010，12：32～35.

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1004-7344（2016）05-0275-01

2016-2-2