專利名稱：：基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種多傳感器數(shù)據(jù)融合處理方法，特別是一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法。
背景技術(shù)：
：航空器在地面上運(yùn)動(dòng)或在空中飛行，必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，實(shí)施全過程管制，以確保飛行安全。因此，在機(jī)場和航路上都安裝了各種各樣的監(jiān)視傳感器，以獲得被控目標(biāo)的活動(dòng)態(tài)勢信息。多傳感器數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)是機(jī)場場面活動(dòng)引導(dǎo)控制系統(tǒng)(A-SMGCS)的關(guān)鍵技術(shù)。它可以將接入系統(tǒng)的各種傳感器信息聯(lián)合起來，進(jìn)行融合處理，以獲得目標(biāo)唯一、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、有效的信息，并在終端上顯示，以幫助管制員實(shí)施場面監(jiān)視和管制任務(wù)?？展芟到y(tǒng)中常用的監(jiān)視信息以航管雷達(dá)信息為主，近年來又出現(xiàn)了衛(wèi)星定位的ADS-B信息、多點(diǎn)定位系統(tǒng)(MLAT)信息。航管雷達(dá)包括航管一次雷達(dá)(PSR)、航管二次監(jiān)視雷達(dá)(SSR)，是空中交通管制系統(tǒng)的傳統(tǒng)監(jiān)視手段，也是機(jī)場正在使用的裝備，SSR的監(jiān)視范圍可達(dá)400公里，PSR的監(jiān)視范圍能超過100公里。由于雷達(dá)技術(shù)體系的限制，其覆蓋率、數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)更新周期等限制了對(duì)目標(biāo)的跟蹤精度和實(shí)時(shí)性的提高。多點(diǎn)定位系統(tǒng)是國外提出的一種新型的監(jiān)視技術(shù)，該技術(shù)充分利用現(xiàn)有的機(jī)載應(yīng)答機(jī)的A/C模式以及S模式，采用多點(diǎn)無源傳感器接收方式，根據(jù)信號(hào)到達(dá)不同地面接收站的時(shí)間差，確定飛機(jī)或其它運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。同時(shí)可以通過A/C模式中的SSR代碼或者S模式唯一的地址碼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度很高，在地面定位精度可達(dá)10米以內(nèi)；它的更新周期很短，一般小于1秒。這種系統(tǒng)通常在機(jī)場安裝，它的覆蓋范圍不會(huì)超過機(jī)場周圍100公里。對(duì)于五邊進(jìn)近監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)場場面活動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)而言，它們既要監(jiān)視距離機(jī)場相當(dāng)大范圍內(nèi)的交通狀況，又要提供十分精確的目標(biāo)位置信息。在機(jī)場周圍交通比較復(fù)雜且變化迅速，系統(tǒng)必須保證一定的更新率。航管雷達(dá)的接入可以保證系統(tǒng)的覆蓋范圍，而多點(diǎn)定位系統(tǒng)的接入可以保證系統(tǒng)的覆蓋率、更新速率和監(jiān)視精度。本發(fā)明就是將兩類信息同時(shí)接入系統(tǒng)，進(jìn)行融合處理，各取其長，獲得最好的信息效果。目前航管監(jiān)視雷達(dá)信息與多點(diǎn)定位系統(tǒng)信息進(jìn)行融合處理還存在許多技術(shù)難點(diǎn)。首先，航管雷達(dá)與多點(diǎn)定位系統(tǒng)的信息更新周期不同，且相差很遠(yuǎn)，航管雷達(dá)信息更新周期410秒，MLAT小于1秒；而且，多點(diǎn)定位系統(tǒng)沒有穩(wěn)定的周期，通常l秒內(nèi)送出多次關(guān)于同一目標(biāo)的信息；其次，系統(tǒng)要求的監(jiān)視精度很高，傳統(tǒng)航管雷達(dá)在航路上的監(jiān)視精度能夠達(dá)到幾十米即能滿足管制要求，而五邊近進(jìn)監(jiān)視系統(tǒng)和場面活動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視精度相對(duì)要高很多，有時(shí)在地面上即使幾米的誤差也可能導(dǎo)致重大的安全事故，所以其監(jiān)視精度需要保證在10米以內(nèi)。現(xiàn)有的多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)大多是針對(duì)多部航管雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合處理，整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程主要包括時(shí)空配準(zhǔn)、航跡配對(duì)和航跡融合這幾個(gè)環(huán)節(jié)。時(shí)空配準(zhǔn)是由于各傳感器可能沒有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，所測得的目標(biāo)位置數(shù)據(jù)也都是在各自本地坐標(biāo)系中，為了對(duì)各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合就必須把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的時(shí)空坐標(biāo)系中。目前常用的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)技術(shù)主要有時(shí)間片技術(shù)和同采樣起點(diǎn)兩種方法。空間對(duì)準(zhǔn)是將不同傳感器的局部坐標(biāo)系下的目標(biāo)位置，經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、平移、投影等轉(zhuǎn)換處理，換算為系統(tǒng)中心的公共直角坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)。航跡配對(duì)是將由不同傳感器探測到的屬于同一目標(biāo)的航跡關(guān)聯(lián)起來，各傳感器航跡可根據(jù)航跡數(shù)據(jù)中的位置、高度、速度、航跡號(hào)和飛機(jī)的3/A模式代碼或唯一標(biāo)識(shí)符等信息進(jìn)行匹配，進(jìn)而與對(duì)應(yīng)的飛行計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，為各種管制應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。在實(shí)時(shí)的多目標(biāo)跟蹤過程中，同一個(gè)目標(biāo)在多個(gè)傳感器上建立的量測，必定因其物理來源相同而具有某種相似特征，也必定因?yàn)殡s波干擾和傳感器自身性能的不穩(wěn)定，而導(dǎo)致這些量測數(shù)據(jù)所建立的特征不完全相同。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的目的就是用這種量測的相似特征，來判定這些特征不完全相同的量測數(shù)據(jù)是否源于同一目標(biāo)。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的主要方法有最近鄰數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、最近鄰聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、航跡分叉法、極大似然數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、0-1整數(shù)規(guī)劃法以及多假設(shè)法等等。多傳感器航跡融合是將各單路航跡作融合，得到系統(tǒng)綜合航跡。對(duì)于數(shù)據(jù)融合來說，它的結(jié)構(gòu)不同，將導(dǎo)致其有不同的系統(tǒng)性能。從目標(biāo)跟蹤的角度來說，多傳感器融合系統(tǒng)有三種典型結(jié)構(gòu)集中式融合結(jié)構(gòu)、分布式融合結(jié)構(gòu)和混合式融合結(jié)構(gòu)。集中式融合結(jié)構(gòu)可利用所有傳感器的全部信息進(jìn)行狀態(tài)估計(jì)、速度估計(jì)和預(yù)測值計(jì)算。其主要優(yōu)點(diǎn)是利用了全部信息，系統(tǒng)的信息損失小、性能好、目標(biāo)的狀態(tài)、速度的估計(jì)是最佳估計(jì)。但是信息量大、通信開銷大，對(duì)計(jì)算機(jī)要求較高。分布式融合結(jié)構(gòu)是融合中心將各傳感器的局部濾波估計(jì)進(jìn)行融合，獲得全局估計(jì)。該結(jié)構(gòu)通信開銷小、融合速度快、對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求低，但是其性能不如集中式融合結(jié)構(gòu)。混合式融合結(jié)構(gòu)是集中式融合結(jié)構(gòu)與分布式融合結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)用，它兼具這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、處理器的計(jì)算量很大。參見常樂，《數(shù)據(jù)融合在航跡數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用研究》，2006年，南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文。以及陳列，《雷達(dá)情報(bào)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的誤差校正和航跡關(guān)聯(lián)技術(shù)研究》，2007年，南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文。7現(xiàn)有技術(shù)方案存在以下缺點(diǎn)(1)進(jìn)行航管雷達(dá)與多點(diǎn)定位系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)融合無法使系統(tǒng)航跡達(dá)到較高的精度。航管雷達(dá)比多點(diǎn)定位系統(tǒng)具有較大的系統(tǒng)誤差。如果按照現(xiàn)有方案中的融合體系結(jié)構(gòu)將這兩者的量測數(shù)據(jù)作融合，航管雷達(dá)大的系統(tǒng)誤差無法得到修正，將直接影響航跡配對(duì)的結(jié)果。如果在作航跡配對(duì)時(shí)選擇的門限值較小，將使某些本該相關(guān)為同一目標(biāo)的量測點(diǎn)無法相關(guān)，造成航跡分裂。即使能夠相關(guān)上，必然使航管雷達(dá)的一部分系統(tǒng)誤差被最后的融合結(jié)果繼承。這樣即使多點(diǎn)定位系統(tǒng)具有很高的量測精度，也不能保證系統(tǒng)輸出結(jié)果具有較高的精度。(2)無法解決由于某個(gè)傳感器探測精度降低而造成整個(gè)系統(tǒng)性能下降的問題。傳感器隨著使用年限的增長，其探測精度將會(huì)降低。此外，天氣的變化也會(huì)在一定程度上影響傳感器的探測精度。然而，目前的實(shí)際使用中在處理傳感器送來的探測數(shù)據(jù)時(shí)并未考慮該傳感器的探測精度，而將所有傳感器送出的數(shù)據(jù)等同對(duì)待。這樣，如果有某個(gè)傳感器探測精度嚴(yán)重下降，按照現(xiàn)有的技術(shù)方案，將直接導(dǎo)致系統(tǒng)精度的下降。(3)無法解決多點(diǎn)定位系統(tǒng)無穩(wěn)定周期的問題。傳統(tǒng)的航管雷達(dá)都具有固定的掃描周期，一般是4秒?，F(xiàn)有的技術(shù)方案都是在這樣的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。而多點(diǎn)定位系統(tǒng)沒有穩(wěn)定的更新周期，一般1秒內(nèi)會(huì)送出同一目標(biāo)的若干個(gè)量測值。按照現(xiàn)有的技術(shù)方案還無法處理這樣的問題。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，通過聯(lián)合卡爾曼濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，保證在數(shù)據(jù)更新率較高的前提下，監(jiān)視目標(biāo)的整體精度高于任一單信息源的精度。技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，包括以下步驟預(yù)處理步驟，即接收各傳感器送出的目標(biāo)量測信息，根據(jù)各傳感器定義的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解碼分析，并將不同格式的目標(biāo)量測信息轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式表述；時(shí)空配準(zhǔn)步驟，即將各傳感器獲得的目標(biāo)量測信息中的目標(biāo)位置信息轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，并對(duì)準(zhǔn)到同一時(shí)刻；目標(biāo)位置信息是從傳感器收到的目標(biāo)量測信息中提取出來的位置項(xiàng)，所述位置項(xiàng)以經(jīng)緯度、直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)形式表示目標(biāo)位置。點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)步驟，即將同一部傳感器探測到的同一目標(biāo)不同時(shí)刻的信息處理成同一批航跡；當(dāng)一個(gè)目標(biāo)量測信息開始進(jìn)行點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)過程時(shí)，首先將該目標(biāo)為中心的包括平面位置和高度的一定范圍設(shè)為相關(guān)波門，將該波門內(nèi)已存航跡作為關(guān)聯(lián)對(duì)象搜索范圍；然后逐一核對(duì)該目標(biāo)量測信息與相關(guān)波門內(nèi)每個(gè)航跡的吻合程度，相關(guān)要素包括目標(biāo)的航跡號(hào)、二次代碼、目標(biāo)地址的身份信息以及速度信息；針對(duì)每種要素設(shè)立影響因子，符合為正，不符合為負(fù)；對(duì)于各影響因子，如果大于設(shè)定的閾值，表示相關(guān)，否則不相關(guān)；采用局部濾波器進(jìn)行各傳感器航跡濾波步驟，獲得對(duì)目標(biāo)當(dāng)前位置的局部最佳估計(jì)；所述航跡濾波包括以下步驟將目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程視為n維線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，傳感器跟蹤目標(biāo)時(shí)，觀測到的航跡視為m維線性觀測系統(tǒng)，則第i個(gè)局部濾波器的狀態(tài)方程和量測方程的離散描述形式為W"=+，f=1,2,…,q;其中S,Y^表示系統(tǒng)在第k時(shí)刻的狀態(tài)；^^)是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；(/t-l，2,…)表示在第k時(shí)刻作用于系統(tǒng)的隨機(jī)干擾，即模型噪聲；所述模型噪聲假設(shè)為高斯白噪聲序列，即具有已知的零均值和協(xié)方差陣QY^;《丫^為觀測向量；C,丫W(wǎng)為觀測矩陣；(*=1,2,—)為觀測噪聲，設(shè)定為高斯白噪聲序列，即具有已知的零均值和協(xié)方差陣//;t力濾波遞推公式為柳=單雕-l乂+附-U=柳c,^」[c',w柳c,w+離才1i,州=單*-U+好,-W-c^岸4w-uj其中，G,YJU為模型噪聲w,YJk-U的協(xié)方差陣；為觀測噪聲v,Y"的協(xié)方差陣；i,Y^為第k時(shí)刻經(jīng)濾波后的估值；^(^U為增益矩陣；e,Y^為估計(jì)誤差協(xié)方差陣；經(jīng)過分散化并行運(yùn)算的濾波器處理，得到局部最優(yōu)估計(jì)i/W(*=1,2,.),并將每步的濾波結(jié)果傳遞給主濾波器；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)步驟，判斷不同傳感器探測到的信息是否關(guān)于同一目標(biāo)。當(dāng)某傳感器的一個(gè)目標(biāo)量測信息開始進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)過程時(shí)，首先將該目標(biāo)為中心的包括平面位置和高度的一定范圍設(shè)為相關(guān)波門，將該波門內(nèi)已存航跡作為關(guān)聯(lián)對(duì)象搜索范圍；然后逐一核對(duì)該目標(biāo)量測信息與相關(guān)波門內(nèi)每個(gè)航跡的吻合程度，相關(guān)要素包括目標(biāo)的航跡號(hào)、二次代碼、目標(biāo)地址的身份信息以及速度信息；針對(duì)每種要素設(shè)立影響因子，符合為正，不符合為負(fù)；對(duì)于各影響因子的總和，如果大于設(shè)定的閾值，表示相關(guān)，否則不9相關(guān)。對(duì)于與航跡相關(guān)上的目標(biāo)量測信息，進(jìn)行航跡濾波及融合。對(duì)于未與任何航跡相關(guān)上的目標(biāo)量測信息，建立新航跡。數(shù)據(jù)融合步驟，將同一個(gè)目標(biāo)的不同傳感器探測到的信息合并，并且根據(jù)不同傳感器對(duì)應(yīng)的局部濾波器分散化并行運(yùn)算得到的局部最優(yōu)估計(jì)》,YiU(/t=l，2,.)，在主濾波器中進(jìn)行融合；在主濾波器內(nèi)，全局融合結(jié)果為S=(《1+s2-1+…+《1)"1(s「、+￡2_1S2+…+~-、)s=(sr1+s2_1亇i將全局估計(jì)結(jié)果反饋給各局部濾波器，作為A:時(shí)刻各局部濾波器的估計(jì)值"1+"2++=1其中，''=1,2,",《，0《a,.Sl;主濾波器完成信息的最優(yōu)綜合，形成全局系統(tǒng)的綜合信息；每個(gè)濾波階段完成后，由主濾波器將合成的全局估計(jì)以及信息分配量，向各局部濾波器進(jìn)行信息反饋，從而實(shí)時(shí)調(diào)整局部濾波器各參數(shù)值；各傳感器加權(quán)平均的權(quán)值根據(jù)該傳感器當(dāng)前測試點(diǎn)的量測位置與實(shí)際位置的偏離程度確定；假設(shè)第f部傳感器的測試點(diǎn)實(shí)際位置為fe,力)，而位置量測值為(A,j^，那么它們之間的位置差為測試點(diǎn)的實(shí)際位置與量測位置的差距即位置差值與傳感器的當(dāng)前精度呈反比關(guān)系；通過位置差值確定該傳感器在所有W部傳感器的加權(quán)融合中所占的權(quán)值為丄本發(fā)明中，數(shù)據(jù)融合步驟后還包括，誤差估計(jì)步驟以及誤差修正步驟；所述誤差估計(jì)步驟包括，將經(jīng)過航跡濾波后的各目標(biāo)位置向量與各航管雷達(dá)對(duì)應(yīng)的量測值作求差計(jì)算，獲得關(guān)于每個(gè)目標(biāo)的偏差值；統(tǒng)計(jì)當(dāng)前時(shí)間往前的若干周期內(nèi)一部航管雷達(dá)探測到的所有目標(biāo)的偏差值，并作平均，得到該部航管雷達(dá)的估計(jì)的系統(tǒng)誤差；綜合航跡中與該航管雷達(dá)探測到的公共航跡數(shù)為附個(gè)，對(duì)"個(gè)周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；在第ifc個(gè)周期第/個(gè)目標(biāo)由航管雷達(dá)探測到的位置向量為S"濾波后的綜合航跡位置向量為M"第z'部航管雷達(dá)系統(tǒng)誤差的估計(jì)值e,為附w^z汰-M》統(tǒng)計(jì)的各航管雷達(dá)的估計(jì)的系統(tǒng)誤差e,-;所述誤差修正步驟包括，用誤差估計(jì)步驟中的各航管雷達(dá)相對(duì)于綜合航跡的估計(jì)系統(tǒng)誤差q對(duì)時(shí)空配準(zhǔn)后的目標(biāo)量測信息進(jìn)行誤差修正；若當(dāng)前時(shí)刻從誤差估計(jì)計(jì)算獲得的第/部航管雷達(dá)的位置向量估計(jì)系統(tǒng)誤差&，而當(dāng)前該路雷達(dá)對(duì)第J'個(gè)目標(biāo)的位置向量量測值為m;，該目標(biāo)被修正后的位置向量為/^，則它們之間的關(guān)系為=w)+;對(duì)該路雷達(dá)在該時(shí)刻探測到的所有目標(biāo)進(jìn)行循環(huán)作修正，得到消除了系統(tǒng)誤差的位置量測值。本發(fā)明中，時(shí)空配準(zhǔn)步驟中，對(duì)準(zhǔn)到同一時(shí)刻采用時(shí)間片方法，即將一個(gè)定時(shí)周期作為時(shí)間聚類點(diǎn)，在一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)，以該定時(shí)周期為基準(zhǔn)點(diǎn)，將其它觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)外推或內(nèi)插到該基準(zhǔn)點(diǎn)；將一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)的多個(gè)觀測作為在時(shí)間聚類點(diǎn)上的一個(gè)虛擬觀測；采用的狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式將q時(shí)刻的狀態(tài)外推或內(nèi)插至&時(shí)刻；所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式為其中，f(^為狀態(tài)矢量；①W為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。本發(fā)明中，點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)步驟中，若在相關(guān)波門內(nèi)搜索到多個(gè)與目標(biāo)量測信息相關(guān)的航跡，采用最小距離原則確定最后與目標(biāo)量測信息相關(guān)的航跡；若在相關(guān)波門內(nèi)未找到可與該目標(biāo)相關(guān)的航跡，就將這個(gè)目標(biāo)作為新航跡，添加到航跡鏈表中。本發(fā)明中，所述誤差修正步驟中包括目標(biāo)量測信息報(bào)告選優(yōu)，用于使多點(diǎn)定位系統(tǒng)呈現(xiàn)的目標(biāo)量測信息報(bào)告具有穩(wěn)定的周期，首先將收到的多點(diǎn)定位系統(tǒng)信息與已經(jīng)建立的多點(diǎn)定位航跡作預(yù)相關(guān)，如果相關(guān)上，就對(duì)比兩者的時(shí)間戳和位置，判斷在兩者的時(shí)間差內(nèi)它們的位置差是否合理，如果合理，進(jìn)一步比較時(shí)間戳，保留相隔接近l秒的信息作為本更新周期的輸入信息，否則舍棄。本發(fā)明中，多點(diǎn)定位系統(tǒng)目標(biāo)量測信息報(bào)告選優(yōu)在誤差修正步驟中實(shí)施。經(jīng)過時(shí)空配準(zhǔn)后，多點(diǎn)定位系統(tǒng)的目標(biāo)量測信息被統(tǒng)一到系統(tǒng)坐標(biāo)和時(shí)間軸下，由于1秒內(nèi)對(duì)于同一個(gè)目標(biāo)多點(diǎn)定位系統(tǒng)會(huì)送出多個(gè)信息，為了能夠獲得1秒的穩(wěn)定周期，需要對(duì)這多個(gè)信息進(jìn)行選優(yōu)。選優(yōu)規(guī)則為選擇時(shí)間戳離上一個(gè)周期最接近1秒且合理的那個(gè)信息作為本周期的輸入。經(jīng)過選優(yōu)后，就可以將多點(diǎn)定位系統(tǒng)當(dāng)作具有穩(wěn)定周期的傳感器進(jìn)行處理，正常進(jìn)入后續(xù)處理步驟，做點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)及濾波，進(jìn)而與其他傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)融合。有益效果本發(fā)明技術(shù)方案是在多類監(jiān)視信息的基礎(chǔ)上，建立各類目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)映射關(guān)系，構(gòu)建一個(gè)將多點(diǎn)定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理的過程方法，實(shí)現(xiàn)多類信息的深度融合和對(duì)有效信息的綜合利用，保證多點(diǎn)定位系統(tǒng)報(bào)告更新率高(周期<=1秒)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)視的整體精度，降低了雷達(dá)量測誤差對(duì)系統(tǒng)監(jiān)視精度的影響，使系統(tǒng)的跟蹤精確性得到顯著的改善。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)根據(jù)各傳感器測試點(diǎn)的探測精度，實(shí)時(shí)調(diào)整該傳感器在融合中所占的權(quán)重，從而解決了由于某傳感器精度降低而造成整個(gè)系統(tǒng)性能下降的問題。而現(xiàn)有的技術(shù)各傳感器在融合中所占的權(quán)重是固定的，無法根據(jù)傳感器的實(shí)際性能調(diào)整，因此當(dāng)某傳感器性能下降，將直接導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。(2)采用誤差反饋修正技術(shù)，實(shí)時(shí)修正各傳感器相對(duì)于綜合航跡的系統(tǒng)誤差，從而提高系統(tǒng)的整體精度。在現(xiàn)有的工程應(yīng)用中還未利用多點(diǎn)定位系統(tǒng)精度高的特點(diǎn)，實(shí)際采用這樣的技術(shù)，當(dāng)某傳感器的系統(tǒng)誤差較大時(shí)，系統(tǒng)無法感知，從而影響融合后綜合航跡的精度。(3)對(duì)多點(diǎn)定位系統(tǒng)1秒內(nèi)送出的若干個(gè)關(guān)于同一目標(biāo)的量測信息作選優(yōu)處理，既保證多點(diǎn)定位系統(tǒng)穩(wěn)定的1秒周期，又使從多點(diǎn)定位系統(tǒng)獲得的目標(biāo)量測是當(dāng)時(shí)最優(yōu)的?，F(xiàn)有的技術(shù)方案中還未出現(xiàn)此類針對(duì)多點(diǎn)定位系統(tǒng)特性的處理方法。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和/或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖1為本發(fā)明基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法流程圖。圖2為本發(fā)明中數(shù)據(jù)互聯(lián)流程圖。圖3為本發(fā)明中聯(lián)合卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例中系統(tǒng)內(nèi)部格式與ASTERIX001格式的對(duì)應(yīng)關(guān)系表。圖5a、圖5b、圖5c為運(yùn)用本發(fā)明方法的系統(tǒng)與運(yùn)用傳統(tǒng)方法系統(tǒng)的對(duì)比。具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明所述基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法包括七個(gè)過程預(yù)處理、時(shí)空配準(zhǔn)、誤差修正、單傳感器點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)及濾波、12數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)融合以及誤差估計(jì)。由于單傳感器點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)與多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)原理相似，統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)互聯(lián)，在數(shù)據(jù)互聯(lián)部分闡述。而航跡濾波與數(shù)據(jù)融合邏輯上密切關(guān)聯(lián)，因此也在同一部分描述。(1)預(yù)處理步驟系統(tǒng)在收到各傳感器送出的目標(biāo)量測信息后，首先要根據(jù)各傳感器定義的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解碼分析，剔除可能存在的錯(cuò)誤信息，以及將不同格式的目標(biāo)量測信息轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)內(nèi)部統(tǒng)一格式表述，完成信息預(yù)處理。系統(tǒng)接收的不同傳感器的信息具有不同的格式，它們通常是按照EUROCONTROL關(guān)于監(jiān)視數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)文檔ASTERK中定義的格式進(jìn)行傳輸，也有一些傳感器是按照生產(chǎn)商自定義的格式進(jìn)行信息傳輸，例如Alenia雷達(dá)等。這些格式與系統(tǒng)內(nèi)部定義的格式存在差異，因此系統(tǒng)在接收到傳感器信息時(shí)，需要對(duì)它們的內(nèi)容作解析，將解析結(jié)果按照系統(tǒng)內(nèi)部定義的格式裝配，并送給下一個(gè)步驟處理。以常用的ASTERK文檔中的001格式解析及裝配為例。ASTERDCOOl格式可參見EUROCONTROLSTANDARDDOCUMENTFORRadarDataExchange-Part2aTransmissionofMonoradarTargetR印orts，SUR.ETl.ST05.2000-STD-02a-01，November1997，ReleasedIssue。系統(tǒng)內(nèi)部格式與ASTERDCOOl格式的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示。系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)格式包含了被引接傳感器數(shù)據(jù)格式中系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)項(xiàng)。ASTERDCOOl是航管雷達(dá)的格式，而它不含目標(biāo)位置經(jīng)緯度的表示形式、目標(biāo)地址、呼號(hào)以及高度這些通常由多點(diǎn)定位系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)項(xiàng)。因此，在獲得一幀ASTERDCOOl格式的數(shù)據(jù)后，按格式的定義將各數(shù)據(jù)項(xiàng)提取出來，然后存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)定義的數(shù)據(jù)項(xiàng)中。在這個(gè)過程中，由于傳感器本身的問題或者傳輸線路故障，可能存在一些信息是無效的、與給定的格式不符或者不符合邏輯的，需要對(duì)解析后的內(nèi)容作合理性檢査，將不合理信息剔除并且作統(tǒng)計(jì)。只有保留的信息才按照系統(tǒng)內(nèi)部格式進(jìn)行裝配和送至下一處理步驟。(2)時(shí)空配準(zhǔn)經(jīng)預(yù)處理后，不同傳感器獲得的目標(biāo)量測信息已經(jīng)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一格式下。但是信息中包含的位置量測值是在各傳感器坐標(biāo)系下獲得的，而傳感器的坐標(biāo)系通常與系統(tǒng)坐標(biāo)系不一致。另外，雖然傳感器和系統(tǒng)都是采用GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)的，但是傳感器獲得目標(biāo)的時(shí)刻未必能與系統(tǒng)定時(shí)周期一致，可能早于或晚于定時(shí)時(shí)刻，而在做航跡相關(guān)時(shí)各傳感器的目標(biāo)位置必須是在同一時(shí)刻測得的。因此對(duì)目標(biāo)量測信息作航跡相關(guān)和融合之前，必須將目標(biāo)位置的坐標(biāo)系統(tǒng)一、時(shí)間對(duì)準(zhǔn)，否則會(huì)造成相關(guān)錯(cuò)誤以及融合結(jié)果無效。在時(shí)空配準(zhǔn)環(huán)節(jié)中，將各傳感器獲得的目標(biāo)位置信息轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)坐標(biāo)系下，13并對(duì)準(zhǔn)到同一時(shí)刻，即完成信息同步化處理?？臻g配準(zhǔn)將不同傳感器坐標(biāo)系下的目標(biāo)量測值，經(jīng)過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、平移、地圖投影等變換過程，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)。由于要把目標(biāo)位置顯示在管制席人^l界面上，因此通常系統(tǒng)中采用以系統(tǒng)中心為原點(diǎn)、正北方向?yàn)閥軸、正東方向?yàn)閤軸的平面直角坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)系。傳統(tǒng)傳感器，例如SSR、PSR獲得的目標(biāo)位置是以傳感器位置為原點(diǎn)、正北方向?yàn)閵A角基準(zhǔn)的極坐標(biāo)表示的。此外，一些新型傳感器，例如MLAT、ADS-B等，探測到的目標(biāo)位置通常采用大地坐標(biāo)，即經(jīng)緯度表示，或者以傳感器位置為原點(diǎn)、正北方向?yàn)閥軸、正東方向?yàn)閤軸的局部直角坐標(biāo)系表示。將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)坐標(biāo)系下，不同的表示形式，轉(zhuǎn)換流程不同。如果是經(jīng)緯度形式，首先采用高斯投影公式進(jìn)行正算，轉(zhuǎn)換為原點(diǎn)在赤道的坐標(biāo)系下的平面坐標(biāo)，然后把坐標(biāo)原點(diǎn)平移到系統(tǒng)中心點(diǎn)(系統(tǒng)中心點(diǎn)就是在系統(tǒng)中設(shè)定的坐標(biāo)原點(diǎn)，系統(tǒng)中所有關(guān)于位置的計(jì)算都以此為參考)；如果是極坐標(biāo)形式，首先轉(zhuǎn)換到傳感器位置為原點(diǎn)的局部平面直角坐標(biāo)系下，然后根據(jù)已知的傳感器大地坐標(biāo)，將平面直角坐標(biāo)通過高斯投影反算成經(jīng)緯度，再轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)直角坐標(biāo)系下；如果是局部平面直角坐標(biāo)，同樣先換算為大地坐標(biāo)，再轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)直角坐標(biāo)系下。時(shí)間對(duì)準(zhǔn)就是指在某一時(shí)間片內(nèi)，對(duì)各傳感器采集的該時(shí)間片內(nèi)的目標(biāo)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插或外推，使其對(duì)準(zhǔn)到統(tǒng)一時(shí)間點(diǎn)上，也就是進(jìn)行時(shí)間歸一化處理。通常有時(shí)間片技術(shù)和同采樣起點(diǎn)兩種常用的時(shí)間對(duì)準(zhǔn)技術(shù)。時(shí)間片技術(shù)是將整個(gè)觀測過程劃分為若干時(shí)間片，對(duì)每個(gè)時(shí)間片上采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間聚類，這樣在一個(gè)時(shí)間片上就可以得到若干個(gè)時(shí)間聚類點(diǎn)。在一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)，以該類的時(shí)間聚類點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，將其它觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)內(nèi)插或外推到該基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)的多個(gè)觀測就可看成是在時(shí)間聚類點(diǎn)上的一個(gè)虛擬觀測。本發(fā)明采用改進(jìn)的時(shí)間片技術(shù)，省略聚類過程，簡單地將系統(tǒng)的定時(shí)周期作為時(shí)間聚類點(diǎn)。在一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)，以該定時(shí)周期為基準(zhǔn)點(diǎn)，將其它觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)外推或內(nèi)插到該基準(zhǔn)點(diǎn)，這樣一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)的多個(gè)觀測就可看成是在時(shí)間聚類點(diǎn)上的一個(gè)虛擬觀測。如果將q時(shí)刻的狀態(tài)外推或內(nèi)插至^時(shí)刻，采用的狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式為式中，f")為系統(tǒng)的狀態(tài)矢量；O)(f)為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。按此技術(shù)進(jìn)行時(shí)空配準(zhǔn)，單路處理獲得的航跡能夠保證與傳感器實(shí)際周期保持一致。對(duì)于融合后的綜合航跡，能夠按照各傳感器周期中的最小值進(jìn)行更新。(3)誤差修正14在各類傳感器信息中，由于多點(diǎn)定位系統(tǒng)的定位精度比一般的航管雷達(dá)高出很多(達(dá)到7-10米)，因此此類信息的加入如同引入了一個(gè)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)源，經(jīng)過融合處理后綜合航跡精度將較航管雷達(dá)航跡精度提高很多。利用綜合航跡的位置與相關(guān)雷達(dá)量測值之間的誤差均值，可以方便的得出航管雷達(dá)系統(tǒng)誤差，通過誤差反饋修正技術(shù)修正各雷達(dá)的系統(tǒng)誤差，提高單部雷達(dá)量測值的精度。把誤差估計(jì)階段統(tǒng)計(jì)獲得的各航管雷達(dá)相對(duì)于綜合航跡系統(tǒng)誤差，反饋給誤差修正環(huán)節(jié)。對(duì)時(shí)空配準(zhǔn)后的目標(biāo)量測信息在誤差修正環(huán)節(jié)實(shí)時(shí)誤差修正。假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻從誤差估計(jì)計(jì)算獲得的第/部航管雷達(dá)的位置向量估計(jì)系統(tǒng)誤差為力，而當(dāng)前該路雷達(dá)對(duì)第7'個(gè)目標(biāo)的位置向量量測值為/"y，該目標(biāo)被修正后的位置向量為;JJ;，則它們之間的關(guān)系為勿=附/+這樣，對(duì)該路雷達(dá)在該時(shí)刻探測到的所有目標(biāo)按此方法循環(huán)作修正，得到消除了系統(tǒng)誤差的位置量測值，送給后續(xù)環(huán)節(jié)處理。對(duì)其它路航管雷達(dá)也按照此方法處理。多點(diǎn)定位系統(tǒng)航跡由于其目標(biāo)報(bào)告周期不固定，l秒內(nèi)可以達(dá)到數(shù)次，因此需要對(duì)其目標(biāo)量測信息報(bào)告進(jìn)行選優(yōu)，使多點(diǎn)定位系統(tǒng)呈現(xiàn)的目標(biāo)量測信息報(bào)告具有穩(wěn)定的周期。首先將收到的多點(diǎn)定位系統(tǒng)信息與已經(jīng)建立的多點(diǎn)定位航跡作預(yù)相關(guān)，如果相關(guān)上，就對(duì)比兩者的時(shí)間戳和位置，判斷在兩者的時(shí)間差內(nèi)它們的位置差是否合理，如果合理，進(jìn)一步比較時(shí)間戳，保留相隔接近1秒的信息作為本更新周期的輸入信息，否則舍棄。多點(diǎn)定位系統(tǒng)送出的目標(biāo)量測信息報(bào)告經(jīng)過選優(yōu)后周期能夠大約保持在1秒。(4)數(shù)據(jù)互聯(lián)盡管數(shù)據(jù)互聯(lián)包含了單傳感器點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)與多傳感器數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)兩種情況，但是這兩種情況的原理類似，都是建立某時(shí)刻傳感器量測數(shù)據(jù)和其它時(shí)刻量測數(shù)據(jù)的關(guān)系，以確定這些量測數(shù)據(jù)是否來自同一個(gè)目標(biāo)的處理過程。只是前者針對(duì)的是一部傳感器的量測數(shù)據(jù)，后者針對(duì)的是多部傳感器的量測數(shù)據(jù)。它們的實(shí)施過程也很相似。數(shù)據(jù)互聯(lián)過程根據(jù)實(shí)際情況，主要考慮三個(gè)要素根據(jù)設(shè)定的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)門限來限制不適合關(guān)聯(lián)對(duì)的產(chǎn)生，基于代碼(例如二次代碼、目標(biāo)地址和航跡號(hào)等)的關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)直接的關(guān)聯(lián)，以及按照最小距離等因素實(shí)施關(guān)聯(lián)。如圖2所示，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)量測信息開始進(jìn)行數(shù)據(jù)互聯(lián)過程時(shí)，首先將該目標(biāo)為中心的一定范圍(包括平面位置和高度)設(shè)為相關(guān)波門，將該波門內(nèi)已存航跡作為關(guān)聯(lián)對(duì)象搜索范圍；然后逐一核對(duì)該目標(biāo)量測信息與相關(guān)波門內(nèi)每個(gè)航跡的吻合程度，主要的相關(guān)要素包括目標(biāo)的航跡號(hào)、二次代碼、目標(biāo)地址這些身份信息以及速度信息。合為正，不符合為負(fù)。通常表示身份的信息對(duì)量測信息與航跡關(guān)聯(lián)可能性的影響較高，因此把二次代碼等表示目標(biāo)身份的相關(guān)要素的影響因子的絕對(duì)值設(shè)得較大，而速度是表示目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性的相關(guān)要素由于變化較快，可靠性較低，所以影響因子絕對(duì)值也設(shè)得較小。將各要素逐一核對(duì)，然后綜合各影響因子，如果大于某個(gè)閾值，表示相關(guān)上，否則不相關(guān)。在某些情況下，可能在相關(guān)波門內(nèi)搜索到多個(gè)與目標(biāo)量測信息相關(guān)的航跡，這時(shí)采用最小距離原則確定最后與目標(biāo)量測信息相關(guān)的航跡，即哪個(gè)航跡與目標(biāo)量測的位置最為接近，該目標(biāo)就與哪個(gè)航跡相關(guān)。如果在相關(guān)波門內(nèi)未找到可與該目標(biāo)相關(guān)的航跡，就將這個(gè)目標(biāo)作為新航跡，添加到航跡鏈表中。(5)航跡濾波及數(shù)據(jù)融合航跡數(shù)據(jù)融合將同一個(gè)目標(biāo)的不同傳感器探測到的信息合并，并且根據(jù)不同傳感器送來的不同位置點(diǎn)，濾波預(yù)測獲得對(duì)目標(biāo)當(dāng)前位置的最佳估計(jì)。本發(fā)明中，卡爾曼濾波為多傳感器信息融合處理的主要技術(shù)手段，特別在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了聯(lián)合卡爾曼濾波器。這種濾波器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠保證局部和全局濾波器都具有較高的精度，且具有較好的容錯(cuò)效果，另外主濾波器的計(jì)算量很小，合成方法簡單，很容易實(shí)現(xiàn)。聯(lián)合卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)的基本思想是先分散處理、再全局融合，即在諸多非相似子系統(tǒng)中選擇一個(gè)信息全面、輸出速率高、可靠性絕對(duì)保證的子系統(tǒng)作為公共參考系統(tǒng)，與其它子系統(tǒng)兩兩結(jié)合，形成若干子濾波器。由于多點(diǎn)定位系統(tǒng)的量測精度顯著高于航管雷達(dá)，因此這里將多點(diǎn)定位系統(tǒng)作為參考傳感器。各子濾波器并行運(yùn)行，獲得建立在子濾波器局部量測基礎(chǔ)上的局部最優(yōu)估計(jì)，這些局部最優(yōu)估計(jì)在主濾波器內(nèi)按加權(quán)平均融合算法合成，從而獲得建立在所有量測基礎(chǔ)上的全局估計(jì)。根據(jù)上述聯(lián)合卡爾曼濾波器設(shè)計(jì)的基本思想，在接入系統(tǒng)的所有傳感器中選擇一部探測精度高、更新周期快的傳感器作為參考傳感器，這里選擇多點(diǎn)定位系統(tǒng)作為參考傳感器。將參考傳感器與其它傳感器分別結(jié)合，形成局部濾波器。在局部濾波器中，通過卡爾曼濾波計(jì)算得到局部最優(yōu)的狀態(tài)估計(jì)，形成單路航跡。將各單路航跡送至主濾波器，在主濾波器中進(jìn)行融合計(jì)算，獲得全局融合結(jié)果，形成綜合航跡。將融合參數(shù)和結(jié)果反饋給各局部濾波器，局部濾波器根據(jù)融合參數(shù)和結(jié)果調(diào)整各自的濾波參數(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化濾波過程，從而優(yōu)化單路航跡和融合結(jié)果，提高綜合航跡的精度。濾波器的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示?？紤]目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程可視為n維線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，傳感器跟蹤目標(biāo)時(shí)，觀測到的航16跡可視為m維線性觀測系統(tǒng)，則第i個(gè)局部濾波器的狀態(tài)方程和量測方程的離散描述形式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中&w表示系統(tǒng)在第k時(shí)刻的狀態(tài)(可以包括位置、速度以及加速度)。w;u是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣?！猧t-U("1，2,…)表示作用于系統(tǒng)的隨機(jī)干擾，即模型噪聲，一般假設(shè)為高斯白噪聲序列，具有已知的零均值和協(xié)方差陣G丫W(wǎng)。A(^U為觀測向量。C,YW為觀測矩陣。v,.(^U(/t=l,2,.)為觀測噪聲，假設(shè)為高斯白噪聲序列，具有已知的零均值和協(xié)方差陣/,Y)U。濾波遞推公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中，込f^為模型噪聲w,(^-U的協(xié)方差陣；為觀測噪聲v,丫"的協(xié)方差陣；i,丫;U為第k時(shí)刻經(jīng)濾波后的估值；^^U為增益矩陣；e,Y^為估計(jì)誤差協(xié)方差陣。經(jīng)過分散化并行運(yùn)算的卡爾曼濾波器的處理，得到局部最優(yōu)估計(jì)i/;uU-l,2,…)，在主濾波器中進(jìn)行融合。在主濾波器內(nèi)，全局融合結(jié)果為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>將全局估計(jì)結(jié)果反饋給各局部濾波器，作為*時(shí)刻各局部濾波器的估計(jì)值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage17</formula>其中，/=1,2，...，《，0《a,^l。局部濾波器根據(jù)狀態(tài)方程和量測方程進(jìn)行濾波，并將每步的濾波結(jié)果傳遞給主濾波器。主濾波器完成信息的最優(yōu)綜合，形成全局系統(tǒng)的綜合信息。每個(gè)濾波階段完成后，由主濾波器將合成的全局估計(jì)以及按照"信息分配"原則形成的信息分配量，向各局部濾波器進(jìn)行信息反饋，從而可以實(shí)時(shí)將局部濾波器各參數(shù)調(diào)整到適當(dāng)?shù)闹?。各傳感器加?quán)平均的權(quán)值根據(jù)該傳感器的當(dāng)前性能來確定。而傳感器的當(dāng)前性能是由該傳感器當(dāng)前測試點(diǎn)的量測位置與實(shí)際位置的偏離程度確定的。假設(shè)第/部傳感器的測試點(diǎn)實(shí)際位置為fe，力)，而位置量測值為&，丸)，那么它們之間的位置差為這個(gè)位置差值越大表明測試點(diǎn)的實(shí)際位置與量測位置的差距越大，該傳感器的當(dāng)前性能越差，反之，性能越好，即呈反向相關(guān)?？梢酝ㄟ^這個(gè)位置差來確定該傳感器在所有W部傳感器的加權(quán)融合中所占的權(quán)值為(6)誤差估計(jì)在數(shù)據(jù)融合環(huán)節(jié)之后，將經(jīng)過航跡濾波后的各目標(biāo)位置向量與各航管雷達(dá)對(duì)應(yīng)的量測值作求差計(jì)算，獲得關(guān)于每個(gè)目標(biāo)的偏差值。統(tǒng)計(jì)當(dāng)前時(shí)間往前的若干周期內(nèi)一部航管雷達(dá)探測到的所有目標(biāo)的偏差值，并作平均，從而得到該部航管雷達(dá)的估計(jì)系統(tǒng)誤差。假設(shè)現(xiàn)在計(jì)算第/部航管雷達(dá)的系統(tǒng)誤差。綜合航跡中與該航管雷達(dá)探測到的公共航跡數(shù)為附個(gè)，對(duì)w個(gè)周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在第A個(gè)周期第y個(gè)目標(biāo)由航管雷達(dá)探測到的位置向量為~;濾波后的綜合航跡位置向量為。第Z'部航管雷達(dá)的估計(jì)系統(tǒng)誤差為,則它們之間存在如下關(guān)系在誤差修正環(huán)節(jié)利用此處統(tǒng)計(jì)的各航管雷達(dá)的系統(tǒng)誤差來修正各自的位置量測值，從而提高各航管雷達(dá)的量測精度，最終提高系統(tǒng)的整體精度。本發(fā)明給出了在機(jī)場地面運(yùn)行系統(tǒng)中運(yùn)用本發(fā)明前后，降落飛機(jī)在地圖上顯示位置的截圖，以示說明本發(fā)明的有益效果。圖5a為采用本發(fā)明的系統(tǒng)全界面顯示圖。圖5b為運(yùn)用本發(fā)明前融合多部航管雷達(dá)監(jiān)視即將降落的飛機(jī)顯示圖。圖5c為運(yùn)用本發(fā)明后融合航管雷達(dá)和多點(diǎn)定位系統(tǒng)監(jiān)視即將降落的飛機(jī)顯示圖。降落飛機(jī)在最后近進(jìn)階段飛行時(shí)應(yīng)該對(duì)準(zhǔn)跑道，因此它的航跡應(yīng)該與跑道延長線重合。圖5b中，采用普通卡爾曼濾波且只融合多部航管雷達(dá)的處理結(jié)果顯示，綜合航跡以4秒的周期更新，偏離跑道延長線一定距離。圖5c中，采用聯(lián)合卡爾曼濾波且融合一部多點(diǎn)定位系統(tǒng)和多部航管雷達(dá)的處理結(jié)果顯示，綜合航跡以1秒的周期更新，且航跡與跑道延長線能夠很好地重合。對(duì)比上述兩幅圖中對(duì)飛機(jī)監(jiān)視效果可知，運(yùn)用本發(fā)明加入多點(diǎn)定位系統(tǒng)后18航跡更新率顯著提高，且航跡的位置更加符合實(shí)際、更加平穩(wěn)。本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用軟件技術(shù)，涉及多傳感器數(shù)據(jù)融合處理。通過建立多類型傳感器數(shù)據(jù)融合模型，創(chuàng)建聯(lián)合卡爾曼濾波器和加權(quán)平均融合算法，對(duì)不同程式的多部場面監(jiān)視雷達(dá)信息、進(jìn)近雷達(dá)信息和多點(diǎn)定位系統(tǒng)信息進(jìn)行融合處理，形成連續(xù)、平滑的目標(biāo)(航空器、車輛)動(dòng)態(tài)航跡。該技術(shù)用于民航終端區(qū)空中交通管制五邊進(jìn)近監(jiān)控系統(tǒng)和機(jī)場高級(jí)場面活動(dòng)引導(dǎo)控制系統(tǒng)(A-SMGCS)。本發(fā)明提供了一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。權(quán)利要求1、一種基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，包括以下步驟預(yù)處理步驟，即接收各傳感器送出的目標(biāo)量測信息，根據(jù)各傳感器定義的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解碼分析，并將不同格式的目標(biāo)量測信息轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式表述；時(shí)空配準(zhǔn)步驟，即將各傳感器獲得的目標(biāo)量測信息中的目標(biāo)位置信息轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下，并對(duì)準(zhǔn)到同一時(shí)刻；目標(biāo)位置信息是從傳感器收到的目標(biāo)量測信息中提取出來的位置項(xiàng)，所述位置項(xiàng)以經(jīng)緯度、直角坐標(biāo)或極坐標(biāo)形式表示目標(biāo)位置；點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)步驟，即將同一部傳感器探測到的同一目標(biāo)不同時(shí)刻的信息處理成同一批航跡；當(dāng)一個(gè)目標(biāo)量測信息開始進(jìn)行點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)過程時(shí)，首先將該目標(biāo)為中心的包括平面位置和高度的范圍設(shè)為相關(guān)波門，將該波門內(nèi)已存航跡作為關(guān)聯(lián)對(duì)象搜索范圍；然后逐一核對(duì)該目標(biāo)量測信息與相關(guān)波門內(nèi)每個(gè)航跡的吻合程度，相關(guān)要素包括目標(biāo)的航跡號(hào)、二次代碼、目標(biāo)地址的身份信息以及速度信息；針對(duì)每種要素設(shè)立影響因子，符合為正，不符合為負(fù)；對(duì)于各影響因子的總和，如果大于設(shè)定的閾值，表示相關(guān)，否則不相關(guān)；采用局部濾波器進(jìn)行各傳感器航跡濾波步驟，獲得對(duì)目標(biāo)當(dāng)前位置的局部最佳估計(jì)；所述航跡濾波包括以下步驟將目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方程視為n維線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，傳感器跟蹤目標(biāo)時(shí)，觀測到的航跡視為m維線性觀測系統(tǒng)，則第i個(gè)局部濾波器的狀態(tài)方程和量測方程的離散描述形式為<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>A</mi><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>w</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>-</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>k</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>X</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>C</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msub><mi>S</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>v</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mtd><mtd><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>·</mo><mo>,</mo><mi>q</mi></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>;</mo></mrow>]]></math></maths>其中Si(k)表示系統(tǒng)在第k時(shí)刻的狀態(tài)；A(k)是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；wi(k-1)(k＝1，2，…)表示作用于系統(tǒng)的隨機(jī)干擾，即模型噪聲；所述模型噪聲假設(shè)為高斯白噪聲序列，即具有已知的零均值和協(xié)方差陣Qi(k)；Xi(k)為觀測向量；Ci(k)為觀測矩陣；vi(k)(k＝1，2，…)為觀測噪聲，設(shè)定為高斯白噪聲序列，即具有已知的零均值和協(xié)方差陣Ri(k)；濾波遞推公式為ε′i(k)＝A(k)εi(k-1)AT(k)+Q(k-1)<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>H</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msubsup><mi>ϵ</mi><mi>i</mi><mo>′</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>C</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msup><mrow><mo>[</mo><msub><mi>C</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>ϵ</mi><mi>i</mi><mo>′</mo></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><msubsup><mi>C</mi><mi>i</mi><mi>T</mi></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>R</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo></mrow><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>]]></math></maths>εi(k)＝[I-Hi(k)Ci(k)]ε′i(k)其中，Qi(k)為模型噪聲wi(k-1)的協(xié)方差陣；Ri(k)為觀測噪聲vi(k)的協(xié)方差陣；id="icf0004"file="A2009100350310003C1.tif"wi="9"he="5"top="36"left="24"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>為第k時(shí)刻經(jīng)濾波后的估值；Hi(k)為增益矩陣；εi(k)為估計(jì)誤差協(xié)方差陣；經(jīng)過分散化并行運(yùn)算的濾波器處理，得到局部最優(yōu)估計(jì)id="icf0005"file="A2009100350310003C2.tif"wi="9"he="5"top="43"left="123"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>(k＝1，2，…)，并將每步的濾波結(jié)果傳遞給主濾波器；數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)步驟，判斷不同傳感器探測到的信息是否關(guān)于同一目標(biāo)，當(dāng)某傳感器的一個(gè)目標(biāo)量測信息開始進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)時(shí)，首先將該目標(biāo)為中心的包括平面位置和高度的范圍設(shè)為相關(guān)波門，將該波門內(nèi)已存航跡作為關(guān)聯(lián)對(duì)象搜索范圍；然后逐一核對(duì)該目標(biāo)量測信息與相關(guān)波門內(nèi)每個(gè)航跡的吻合程度，相關(guān)要素包括目標(biāo)的航跡號(hào)、二次代碼、目標(biāo)地址的身份信息以及速度信息；針對(duì)每種要素設(shè)立影響因子，符合為正，不符合為負(fù)；對(duì)于各影響因子的總和，如果大于設(shè)定的閾值，表示相關(guān)，否則不相關(guān)；對(duì)于與航跡相關(guān)上的目標(biāo)量測信息，進(jìn)行航跡濾波及融合；對(duì)于未與任何航跡相關(guān)上的目標(biāo)量測信息，建立新航跡；數(shù)據(jù)融合步驟，將同一個(gè)目標(biāo)的不同傳感器探測到的信息合并，并且根據(jù)不同傳感器對(duì)應(yīng)的局部濾波器分散化并行運(yùn)算得到的局部最優(yōu)估計(jì)id="icf0006"file="A2009100350310003C3.tif"wi="9"he="5"top="125"left="137"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>(k＝1，2，…)，在主濾波器中進(jìn)行融合；在主濾波器內(nèi)，全局融合結(jié)果為S＝(ε1-1+ε2-1+…+εq-1)-1(ε1-1S1+ε2-1S2+…+εq-1Sq)ε＝(ε1-1+ε2-1+…+εq-1)-1將全局估計(jì)結(jié)果反饋給各局部濾波器，作為k時(shí)刻各局部濾波器的估計(jì)值Si(k)＝S(k)<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>Q</mi><mi>i</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub><msup><mi>Q</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths><mathsid="math0004"num="0004"><math><![CDATA[<mrow><msubsup><mi>ϵ</mi><mi>i</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub><msup><mi>ϵ</mi><mrow><mo>-</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mrow><mo>(</mo><mi>k</mi><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math></maths>α1+α2+…+αq＝1其中，i＝1，2，…，q，0≤αi≤1；主濾波器完成信息的最優(yōu)綜合，形成全局系統(tǒng)的綜合信息；每個(gè)濾波階段完成后，由主濾波器將合成的全局估計(jì)以及信息分配量，向各局部濾波器進(jìn)行信息反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整局部濾波器各參數(shù)值；各傳感器加權(quán)平均的權(quán)值根據(jù)該傳感器當(dāng)前測試點(diǎn)的量測位置與實(shí)際位置的偏離程度確定；假設(shè)第i部傳感器的測試點(diǎn)實(shí)際位置為(xi，yi)，而位置量測值為id="icf0009"file="A2009100350310003C6.tif"wi="13"he="5"top="229"left="164"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/>那么它們之間的位置差為<mathsid="math0005"num="0005"><math><![CDATA[<mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mo>|</mo><msqrt><msubsup><mi>x</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mi>y</mi><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>-</mo><msqrt><msubsup><mover><mi>x</mi><mo>^</mo></mover><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup><mover><mi>y</mi><mo>^</mo></mover><mi>i</mi><mn>2</mn></msubsup></msqrt><mo>|</mo></mrow>]]></math></maths>測試點(diǎn)的實(shí)際位置與量測位置的差距即位置差值與傳感器的當(dāng)前精度呈反比關(guān)系；通過位置差值確定該傳感器在所有n部傳感器的加權(quán)融合中所占的權(quán)值為<mathsid="math0006"num="0006"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>α</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><munderover><mi>Σ</mi><mi>i</mi><mi>n</mi></munderover><mfrac><mn>1</mn><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>r</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac></mrow></mfrac><mo>.</mo></mrow>]]></math></maths>2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，數(shù)據(jù)融合步驟后還包括，誤差估計(jì)步驟以及誤差修正步驟；所述誤差估計(jì)步驟包括，將經(jīng)過航跡濾波后的各目標(biāo)位置向量與各航管雷達(dá)對(duì)應(yīng)的量測值作求差計(jì)算，獲得關(guān)于每個(gè)目標(biāo)的偏差值；統(tǒng)計(jì)當(dāng)前時(shí)間往前的若干周期內(nèi)一部航管雷達(dá)探測到的所有目標(biāo)的偏差值，并作平均，得到該部航管雷達(dá)的估計(jì)的系統(tǒng)誤差；綜合航跡中與該航管雷達(dá)探測到的公共航跡數(shù)為附個(gè)，對(duì)"個(gè)周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì);在第A:個(gè)周期第y個(gè)目標(biāo)由航管雷達(dá)探測到的位置向量為5;;濾波后的綜合航跡位置向量為M,.;第f部航管雷達(dá)系統(tǒng)誤差的估計(jì)值&為統(tǒng)計(jì)的各航管雷達(dá)的估計(jì)的系統(tǒng)誤差;所述誤差修正步驟包括，用誤差估計(jì)步驟中的各航管雷達(dá)相對(duì)于綜合航跡的估計(jì)系統(tǒng)誤差e,.對(duì)時(shí)空配準(zhǔn)后的目標(biāo)量測信息進(jìn)行誤差修正；若當(dāng)前時(shí)刻從誤差估計(jì)計(jì)算獲得的第f部航管雷達(dá)的位置向量估計(jì)系統(tǒng)誤差e;，而當(dāng)前該路雷達(dá)對(duì)第個(gè)目標(biāo)的位置向量量測值為附；，該目標(biāo)被修正后的位置向量為/^,則它們之間的關(guān)系為對(duì)該路雷達(dá)在該時(shí)刻探測到的所有目標(biāo)進(jìn)行循環(huán)作修正，得到消除了系統(tǒng)誤差的位置量測值。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，時(shí)空配準(zhǔn)步驟中，對(duì)準(zhǔn)到同一時(shí)刻采用時(shí)間片方法，即將一個(gè)定時(shí)周期作為時(shí)間聚類點(diǎn)，在一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)，以該定時(shí)周期為基準(zhǔn)點(diǎn)，將其它觀測點(diǎn)的數(shù)據(jù)外推或內(nèi)插到該基準(zhǔn)點(diǎn)；將一個(gè)時(shí)間聚類內(nèi)的多個(gè)觀測作為在時(shí)間聚類點(diǎn)上的一個(gè)虛擬觀測；采用的狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式將A時(shí)刻的狀態(tài)外推或內(nèi)插至^時(shí)刻；所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移公式為其中，i(0為狀態(tài)矢量；①W為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)步驟中，若在相關(guān)波門內(nèi)搜索到多個(gè)與目標(biāo)量測信息相關(guān)的航跡，采用最小距離原則確定最后與目標(biāo)量測信息相關(guān)的航跡；若在相關(guān)波門內(nèi)未找到可與該目標(biāo)相關(guān)的航跡，就將這個(gè)目標(biāo)作為新航跡，添加到航跡鏈表中。5、根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，其特征在于，所述誤差修正步驟中包括目標(biāo)量測信息報(bào)告選優(yōu)，首先將收到的多點(diǎn)定位系統(tǒng)信息與已經(jīng)建立的多點(diǎn)定位航跡作預(yù)相關(guān)，如果相關(guān)上，就根據(jù)兩者的時(shí)間戳和位置計(jì)算航跡的速度，判斷該速度是否大于航跡能夠達(dá)到的最大速度，如果不大于，進(jìn)一步比較時(shí)間戳，保留相隔接近1秒的信息作為本更新周期的輸入信息，否則舍棄。全文摘要本發(fā)明所述基于聯(lián)合卡爾曼濾波的多點(diǎn)定位數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法包括七個(gè)過程預(yù)處理、時(shí)空配準(zhǔn)、誤差修正、單傳感器點(diǎn)跡或航跡互聯(lián)及濾波、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)融合以及誤差估計(jì)。本發(fā)明技術(shù)方案是在多類監(jiān)視信息的基礎(chǔ)上，建立各類目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)映射關(guān)系，構(gòu)建一個(gè)將多點(diǎn)定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理的過程方法，實(shí)現(xiàn)多類信息的深度融合和對(duì)有效信息的綜合利用，保證多點(diǎn)定位系統(tǒng)報(bào)告更新率高，周期＜＝1秒時(shí)系統(tǒng)監(jiān)視的整體精度，降低了雷達(dá)量測誤差對(duì)系統(tǒng)監(jiān)視精度的影響，使系統(tǒng)的跟蹤精確性得到顯著的改善。文檔編號(hào)G01S13/86GK101655561SQ20091003503公開日2010年2月24日申請(qǐng)日期2009年9月14日優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日發(fā)明者愷楊,王曉峰,程先峰,胥霜霞,陳培英,靳學(xué)梅,琰黃申請(qǐng)人:南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司