劉 帥，楊 松，常 歌，董亞卓

(1.海軍91655部隊(duì)，北京 100036；2.海軍92196部隊(duì))

?？漳繕?biāo)航跡關(guān)聯(lián)算法研究

劉 帥1,2，楊 松1，常 歌1，董亞卓1

(1.海軍91655部隊(duì)，北京 100036；2.海軍92196部隊(duì))

介紹了航跡關(guān)聯(lián)的概念與意義，歸納總結(jié)了航跡關(guān)聯(lián)能夠解決的問(wèn)題以及面臨的困難。研究?？漳繕?biāo)航跡關(guān)聯(lián)算法有利于實(shí)現(xiàn)航跡關(guān)聯(lián)工作的自動(dòng)化，提高工作效率和準(zhǔn)確率。通過(guò)拉格朗日插值法對(duì)真值航跡進(jìn)行插值，獲得足夠多的時(shí)標(biāo)一致的融合航跡與真值航跡對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)，計(jì)算對(duì)應(yīng)航跡點(diǎn)之間的距離，與給定閾值相比較，判斷其對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的航跡關(guān)聯(lián)。這一過(guò)程經(jīng)總結(jié)梳理，進(jìn)而提出了航跡關(guān)聯(lián)算法，以實(shí)現(xiàn)航跡關(guān)聯(lián)的自動(dòng)化，提升航跡關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確率和效率。

海空目標(biāo)航跡；航跡關(guān)聯(lián)；算法；插值

0 引言

航跡關(guān)聯(lián)即為判斷來(lái)源不同的兩條航跡是否代表同一目標(biāo)[1-3]，本文所述航跡關(guān)聯(lián)是為進(jìn)行觀察預(yù)警裝備效能評(píng)估而開(kāi)展的目標(biāo)融合航跡與目標(biāo)真值航跡之間的關(guān)聯(lián)。觀察預(yù)警裝備演習(xí)評(píng)估中各綜合處理中心會(huì)將獲取系統(tǒng)/裝備采集的目標(biāo)航跡信息融合，得到目標(biāo)融合航跡，各空中/海上平臺(tái)上部署的北斗/GPS記錄裝備會(huì)記錄平臺(tái)的真實(shí)位置信息，只有將目標(biāo)融合航跡與真值航跡對(duì)應(yīng)起來(lái)，才能根據(jù)真值航跡計(jì)算目標(biāo)融合航跡的目標(biāo)跟蹤效能，定位效能等相關(guān)指標(biāo)，因此航跡關(guān)聯(lián)是開(kāi)展裝備效能評(píng)估的必要環(huán)節(jié)。

航跡關(guān)聯(lián)主要解決如下問(wèn)題：一是通過(guò)與目標(biāo)真值比對(duì)，判別信息綜合處理中心識(shí)別出來(lái)的目標(biāo)航跡是否正確；二是對(duì)信息綜合處理中心已經(jīng)發(fā)現(xiàn)但并未識(shí)別的航跡點(diǎn)，判斷是否為對(duì)應(yīng)目標(biāo)；三是判定信息綜合處理中心是否完全未發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)。通過(guò)綜合分析，建立信息綜合處理中心探測(cè)航跡與目標(biāo)真值航跡的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在此對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上開(kāi)展裝備效能指標(biāo)計(jì)算。

1 航跡關(guān)聯(lián)面臨的困難

當(dāng)前，觀察預(yù)警裝備效能評(píng)估中航跡關(guān)聯(lián)工作主要面臨如下三項(xiàng)困難。

一是信息綜合處理中心系統(tǒng)探測(cè)的航跡數(shù)量大，航跡交叉。因海域內(nèi)目標(biāo)眾多，部署在前沿的不同探測(cè)裝備會(huì)上報(bào)同一目標(biāo)的信息，有些信息能夠?qū)崿F(xiàn)在信息綜合處理中心的融合，有些未能有效融合，導(dǎo)致信息綜合處理中心目標(biāo)航跡數(shù)量很大，同時(shí)，海域內(nèi)船只的航跡交錯(cuò)復(fù)雜，增加了航跡關(guān)聯(lián)的難度。

二是部分航跡過(guò)于稀疏。由于裝備性能、傳輸條件、外部環(huán)境以及其它方面的原因，導(dǎo)致部分航跡過(guò)于稀疏，使得后續(xù)計(jì)算樣本量明顯不足，目標(biāo)融合航跡與真值航跡缺少足夠數(shù)量的時(shí)標(biāo)一致的航跡點(diǎn)，難以計(jì)算足夠多的對(duì)應(yīng)航跡點(diǎn)的距離，從而較難判斷目標(biāo)融合航跡與真值航跡的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即難以進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)。

三是同一目標(biāo)存在批號(hào)反復(fù)跳變的情況。在裝備對(duì)目標(biāo)的跟蹤過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)跟蹤丟失，一段時(shí)間以后又重新起批跟蹤，這一過(guò)程使得同一目標(biāo)批號(hào)不同，給航跡關(guān)聯(lián)增添了困難。

因?yàn)橐陨先c(diǎn)原因，對(duì)?？漳繕?biāo)探測(cè)航跡和目標(biāo)真值航跡的融合造成了很大的困難，導(dǎo)致目標(biāo)航跡融合過(guò)程需要將?？漳繕?biāo)探測(cè)航跡探測(cè)出的每一個(gè)航跡點(diǎn)與目標(biāo)真值航跡點(diǎn)進(jìn)行一一比對(duì)，分析融合中心探測(cè)出來(lái)的目標(biāo)是否正確，是否有探測(cè)到但未識(shí)別的目標(biāo)，是否有交叉跟蹤探測(cè)錯(cuò)誤的目標(biāo)，是否對(duì)目標(biāo)完全未識(shí)別。

2 航跡關(guān)聯(lián)算法設(shè)計(jì)

為解決當(dāng)前航跡關(guān)聯(lián)工作中面臨的困難，提升航跡關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確率與效率，本文設(shè)計(jì)了海空目標(biāo)航跡與真值航跡的自動(dòng)關(guān)聯(lián)算法。算法的主要思想是：針對(duì)每一條目標(biāo)融合航跡，對(duì)所有的真值航跡進(jìn)行插值處理，使得融合航跡與真值航跡具有足夠數(shù)量的時(shí)標(biāo)一致的航跡點(diǎn)，然后計(jì)算對(duì)應(yīng)航跡點(diǎn)之間的距離，若滿(mǎn)足設(shè)定條件則融合航跡與真值航跡對(duì)應(yīng)，否則兩者不對(duì)應(yīng)。算法中對(duì)真值航跡的插值處理，獲得了大量的時(shí)標(biāo)一致融合航跡點(diǎn)與真值航跡點(diǎn)，保證了計(jì)算所需的樣本數(shù)量，為獲得更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果與評(píng)估結(jié)論奠定了良好的基礎(chǔ)。

算法中用到插值法為拉格朗日插值法[4-5]，具體過(guò)程為：①選取一條目標(biāo)融合航跡Ai（i=1,2，…,N，N為融合航跡的數(shù)量），Ai由t1,t2,t3,…,tn共n（n的值隨航跡具有的航跡點(diǎn)數(shù)量而變動(dòng)）個(gè)航跡點(diǎn)組成。對(duì)于每條由T1,T2,T3,…,Tm（m的值隨航跡具有的航跡點(diǎn)數(shù)量而變動(dòng)）個(gè)航跡點(diǎn)組成的真值航跡Bj（j=1,2，…,M，M為真值航跡的數(shù)量）進(jìn)行插值。②采用拉格朗日插值法對(duì)真值航跡進(jìn)行插值，得到真值航跡上t1,t2,t3,…,tn時(shí)刻的航跡點(diǎn)經(jīng)緯度值。對(duì)于每一個(gè)tn，在真值航跡上找到與其最近的Tm-1與Tm，且Tm-1＜tn＜Tm，則tn時(shí)刻真值航跡點(diǎn)的經(jīng)度位置是xTm-1+(xTm-xTm-1)*(tn-Tm-1)/(Tm-Tm-1)，緯度位置是yTm-1+(yTm-yTm-1)*(tn-Tm-1)/(Tm-Tm-1)。

航跡關(guān)聯(lián)算法流程如下。

第一步：令i=1，從第一條融合航跡開(kāi)始處理。

第二步：令j=1，從第一條真值航跡開(kāi)始處理。

第三步：判斷j是否小于等于M，即判斷是否還有真值航跡未被處理。若是則進(jìn)行第四步，若不是則進(jìn)行第十六步。

第四步：用拉格朗日插值法對(duì)真值航跡Bj進(jìn)行插值。

第五步：設(shè)置距離閾值W，令r=1，即從每條融合航跡的第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始判別；令flag=0，即對(duì)應(yīng)關(guān)系表中記錄處于未添加狀態(tài)。

由學(xué)?；?qū)W校所屬資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)公司投資成立具有酒店經(jīng)營(yíng)資質(zhì)的有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)經(jīng)營(yíng)公司），學(xué)校作為酒店資產(chǎn)的出租方，將酒店出租給經(jīng)營(yíng)公司經(jīng)營(yíng)管理。學(xué)校與經(jīng)營(yíng)公司在股權(quán)上是投資與被投資的關(guān)系，存在實(shí)際的控制與被控制的關(guān)系；同時(shí)在酒店資產(chǎn)管理上又存在出租和承租的關(guān)系，但學(xué)校與經(jīng)營(yíng)公司是兩個(gè)獨(dú)立的法人主體，各自以出資額為限承擔(dān)法律責(zé)任。經(jīng)營(yíng)公司負(fù)責(zé)自主經(jīng)營(yíng)酒店，酒店日常所有收支由經(jīng)營(yíng)公司獨(dú)立核算，日常經(jīng)營(yíng)的過(guò)程中所形成的經(jīng)營(yíng)收益歸公司所有，經(jīng)營(yíng)公司以出資額為限承擔(dān)酒店的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)和各項(xiàng)法律責(zé)任。

第六步：判斷r是否小于等于融合航跡總的航跡點(diǎn)數(shù)n，若是則進(jìn)行第七步，若不是則進(jìn)行第十三步。

第七步：判斷狀態(tài)表示符flag的值，若為0，即對(duì)應(yīng)關(guān)系表中記錄處于未添加狀態(tài)，則進(jìn)行第八步；若為1，即對(duì)應(yīng)關(guān)系表中記錄處于添加狀態(tài)，則進(jìn)行第十一步。

第八步：判斷tr時(shí)刻融合航跡上的航跡點(diǎn)到真值航跡相應(yīng)航跡點(diǎn)的距離Dtr是否小于等于給定的距離閾值W，若是，表示tr時(shí)刻兩個(gè)航跡點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，進(jìn)行第九步；若不是，表示tr時(shí)刻兩個(gè)航跡點(diǎn)不能對(duì)應(yīng)，則進(jìn)行第十步。

第九步：在對(duì)應(yīng)關(guān)系表中添加記錄：融合航跡Ai，真值航跡Bj起始時(shí)間記為tr。表示tr時(shí)刻起融合航跡Ai與真值航跡Bj開(kāi)始相對(duì)應(yīng)。

第十步：r=r+1，即移至融合航跡的下一個(gè)點(diǎn)。返回到第六步，繼續(xù)對(duì)該時(shí)刻相應(yīng)的融合航跡點(diǎn)與真值航跡點(diǎn)進(jìn)行判斷。

第十一步：判斷tr時(shí)刻融合航跡上的航跡點(diǎn)到真值航跡相應(yīng)航跡點(diǎn)的距離Dtr是否小于等于給定距離閾值W，若是，表示tr時(shí)刻兩個(gè)航跡點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，進(jìn)行第十步；若不是，表示tr時(shí)刻兩個(gè)航跡點(diǎn)不能對(duì)應(yīng)，進(jìn)行第十二步。

第十二步：在對(duì)應(yīng)關(guān)系表中當(dāng)前行添加記錄：結(jié)束時(shí)間tr-1。并設(shè)置flag=0。然后進(jìn)行第十步。

第十三步：判斷flag的取值，若為1，則進(jìn)行第十四步；若為0，則進(jìn)行第十五步。

第十四步：在對(duì)應(yīng)關(guān)系表中當(dāng)前行添加記錄：結(jié)束時(shí)間為tr。并設(shè)置flag=0。然后進(jìn)行第十五步。

第十五步：令j=j+1，即移至下一條真值航跡，繼續(xù)判斷下一條真值航跡與當(dāng)前融合航跡的對(duì)應(yīng)關(guān)系。然后進(jìn)行第三步。

第十六步：令i=i+1，即移至下一條融合航跡，繼續(xù)判斷下一條融合航跡與所有真值航跡的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

第十七步：判斷i是否小于等于N，即判斷是否還有融合航跡未參與計(jì)算，若有則轉(zhuǎn)至第二步，若沒(méi)有則算法結(jié)束。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

選取某次紅藍(lán)雙方實(shí)兵對(duì)抗演習(xí)中某時(shí)間段內(nèi)紅方對(duì)藍(lán)方的探測(cè)數(shù)據(jù)作為樣本對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證。此次對(duì)抗演習(xí)中1號(hào)艦、2號(hào)艦、3號(hào)艦、4號(hào)艦、5號(hào)艦、6號(hào)艦、7號(hào)艦等水面艦艇屬于紅方編隊(duì)，8號(hào)艦、9號(hào)艦、10號(hào)艦、11號(hào)艦、12號(hào)艦等水面艦艇屬于藍(lán)方編隊(duì)。表1所示為紅方對(duì)海上目標(biāo)的整體發(fā)現(xiàn)情況。

表1 紅方對(duì)海上目標(biāo)的整體發(fā)現(xiàn)情況

根據(jù)表1中紅方識(shí)別出的目標(biāo)機(jī)舷號(hào)推算的重點(diǎn)海上目標(biāo)批號(hào)對(duì)照表如表2所示。

表2 通過(guò)機(jī)舷號(hào)推算的重點(diǎn)海上目標(biāo)批號(hào)對(duì)照表

紅方綜合處理系統(tǒng)識(shí)別出了4號(hào)艦、5號(hào)艦、6號(hào)艦，而這三艘艦艇為紅方自己的艦艇，即紅方綜合處理系統(tǒng)僅識(shí)別出了部分己方的目標(biāo)，并沒(méi)有識(shí)別出任何藍(lán)方目標(biāo)，這樣就不能形成紅藍(lán)雙方的戰(zhàn)場(chǎng)綜合態(tài)勢(shì)來(lái)輔助指揮員的指揮決策，這種結(jié)果是不能滿(mǎn)足戰(zhàn)爭(zhēng)需要的。

通過(guò)算法對(duì)藍(lán)方重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)，其結(jié)果如表3所示。

表3 通過(guò)算法得到的藍(lán)方重點(diǎn)海上目標(biāo)批號(hào)對(duì)照表

由算法得到的藍(lán)方重點(diǎn)海上目標(biāo)批號(hào)對(duì)照表，將批號(hào)100004識(shí)別為8號(hào)艦，批號(hào)100003和批號(hào)100018識(shí)別為9號(hào)艦，8號(hào)艦與9號(hào)艦為藍(lán)方艦艇，此時(shí)紅方綜合處理系統(tǒng)識(shí)別出了藍(lán)方海上目標(biāo)，比通過(guò)機(jī)舷號(hào)得到的批號(hào)對(duì)照表更全面、準(zhǔn)確，尤其是具有更高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)榧t方指揮員提供一定的藍(lán)方目標(biāo)態(tài)勢(shì)，為指揮員的指揮決策起到輔助作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)航跡的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，能夠?qū)Ａ康暮桔E數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理，減少了人工工作量，同時(shí)計(jì)算機(jī)執(zhí)行速度快、準(zhǔn)確率高，提高了航跡關(guān)聯(lián)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。在對(duì)目標(biāo)融合航跡與真值航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，明確了兩者的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，才可以進(jìn)行目標(biāo)定位效能、目標(biāo)識(shí)別效能、目標(biāo)跟蹤效能等相關(guān)性能指標(biāo)的計(jì)算，即航跡關(guān)聯(lián)為后續(xù)指標(biāo)計(jì)算提供了基礎(chǔ)支撐，為效能評(píng)估順利開(kāi)展提供了支持，同時(shí)航跡關(guān)聯(lián)為掌握和檢驗(yàn)裝備的觀察識(shí)別目標(biāo)效果和融合處理能力提供了依據(jù)，為裝備的不斷改進(jìn)升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。

[1]何友,王國(guó)宏,彭應(yīng)寧等.多傳感器信息融合及應(yīng)用(第二版)[M].電子工業(yè)出版社,2007.

[2]王曉嶺.數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)中航跡關(guān)聯(lián)和屬性融合的研究[D].西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2006.

[3]方浩.數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)中航跡關(guān)聯(lián)與融合算法研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2013.

[4]同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系.高等數(shù)學(xué)[M].高等教育出版社,2014.

[5]林秀梅.淺談拉格朗日插值法的原理及其應(yīng)用[J].吉林財(cái)貿(mào)學(xué)院學(xué)報(bào),1990.

Research on the algorithm of the sea and air target track association

Liu Shuai1,2,Yang Song1,Chang Ge1,Dong Yazhuo1
（1.Navy 91655,Beijing 100036,China;2.Navy 92196）

This paper introduces the concept and significance of track association,summarizes the problems that can be solved by track association and the difficulties that track association are facing.The research of the algorithm of the sea and air target track association is helpful to realize the automation of track association and improve the efficiency and accuracy.The true value track is interpolated by Lagrange interpolation method,and the sufficient coincidence of the fusion track and true value track are obtained.The distances between the corresponding track points are calculated and then compared with a given threshold to determine the corresponding relationship,so as to realize the automation of track association.The track association algorithm is proposed based on this process,which realizes the automation of track association and improves the accuracy and efficiency of track association.

the sea and air target trace;track association;algorithm;interpolation

TP391

A

1006-8228(2017)10-11-03

2017-08-09

劉帥（1989-），男，山東濱州人，碩士研究生，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

10.16644/j.cnki.cn33-1094/tp.2017.10.004