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      一種雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法與流程

      文檔序號(hào):12359624閱讀:1530來源:國(guó)知局
      一種雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法與流程
      本發(fā)明涉及電子設(shè)備標(biāo)校領(lǐng)域,尤其是一種雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法。
      背景技術(shù)
      :雷達(dá)的標(biāo)定誤差主要由以下兩種誤差組成:一是由于雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤測(cè)量時(shí),通常以雷達(dá)光軸為基準(zhǔn),以電軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo),但雷達(dá)光軸和電軸很難做到完全重合沒有偏差,光軸與電軸會(huì)相交形成一個(gè)很小的夾角,即光電軸不一致所帶來的誤差;二是在對(duì)雷達(dá)進(jìn)行方向標(biāo)定時(shí),很多時(shí)候采用方向盤反覘標(biāo)定,但是由于方向盤本身就存在定北誤差,因此利用方向盤來標(biāo)定雷達(dá)會(huì)使得雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)一步增大,且實(shí)施過程較為復(fù)雜,所需時(shí)間較長(zhǎng)。這兩種標(biāo)定誤差的存在會(huì)從源頭上導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確,使雷達(dá)所獲得的目標(biāo)也不準(zhǔn)確,致使融合系統(tǒng)對(duì)同一目標(biāo)形成虛假航跡或航跡中斷甚至消失,雷達(dá)所測(cè)量的目標(biāo)位置會(huì)偏離目標(biāo)真實(shí)位置,大大降低了信息融合后數(shù)據(jù)的可信度和準(zhǔn)確度,因此必須要對(duì)雷達(dá)的標(biāo)定誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。目前,在雷達(dá)偏差校正領(lǐng)域已有諸多研究,如《Asynchronoussensorbiasestimationinmultisensory-multitargetsystem》介紹了多雷達(dá)組網(wǎng)中對(duì)異步雷達(dá)數(shù)據(jù)的誤差校正;《Newapproachtoonlineoptimalestimationofmultisensorbiases》介紹了一種新的實(shí)時(shí)優(yōu)化雷達(dá)偏差的方法,上述方法均是利用精度較好雷達(dá)的數(shù)據(jù)對(duì)其他待校正雷達(dá)的誤差進(jìn)行估計(jì),并對(duì)雷達(dá)進(jìn)行校正;《RadarbiascorrectionbasedonGPSmeasurementforATCapplications》采用GPS數(shù)據(jù)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行誤差校正,針對(duì)同一個(gè)目標(biāo)的3種不同精度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,進(jìn)行雷達(dá)誤差校正;《ADS-B用于高精度雷達(dá)標(biāo)定的方法研究》提出了ADS-B與雷達(dá)聯(lián)合誤差校正方法,該方法校正精度較高,但是由于算法較為復(fù)雜,工程應(yīng)用較為困難,且實(shí)時(shí)性較差。如《ADS-B用于高精度雷達(dá)標(biāo)定的方法研究》所述,傳統(tǒng)的雷達(dá)誤差校正方法是利用最優(yōu)估計(jì)方法對(duì)雷達(dá)斜距、方位和仰角進(jìn)行全面校正?,F(xiàn)在民航系統(tǒng)所采用的廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)(automaticdependentsurveillancebroadcast,ADS-B)使用GNSS進(jìn)行定位。ADS-B系統(tǒng)是一個(gè)集通信與監(jiān)視于一體的信息系統(tǒng),由信息源、信息通道和信息處理與顯示三部分組成,一般由多地面站和機(jī)載站構(gòu)成,以網(wǎng)狀、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式完成視距范圍的數(shù)據(jù)雙向通信。機(jī)載ADS-B系統(tǒng)的信息處理單元收集到導(dǎo)航信息,通過ADS-B系統(tǒng)的通信設(shè)備以ADS-B報(bào)文形式通過空-空、空-地?cái)?shù)據(jù)鏈廣播式傳播。ADS-B系統(tǒng)的主要信息是飛機(jī)的4維位置信息(經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間)和其它可能附加信息(沖突告警信息,飛行員信息,航跡角,航線拐點(diǎn)等信息)以及飛機(jī)的識(shí)別信息和類別信息。由于ADS-B系統(tǒng)一般使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)進(jìn)行定位,與雷達(dá)測(cè)量精度相比,GNSS對(duì)目標(biāo)的定位精度很高,因此我們利用ADS-B接收機(jī)所接收到的ADS-B數(shù)據(jù)來對(duì)雷達(dá)的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)校正,將會(huì)大大提高雷達(dá)的跟蹤精度。目前,基于ADS-B系統(tǒng)標(biāo)定雷達(dá)系統(tǒng)誤差的方法通常將ADS-B系統(tǒng)確定的目標(biāo)信息作為目標(biāo)真值,轉(zhuǎn)換到雷達(dá)坐標(biāo)系下,在時(shí)間對(duì)準(zhǔn)后求得斜距差、方位差及仰角差,再作平均,即估算出雷達(dá)測(cè)距、測(cè)方位及測(cè)仰角的系統(tǒng)誤差,具體計(jì)算過程如下:首先需要把以WGS-84坐標(biāo)系表示的原始ADS-B數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到大地直角坐標(biāo)系下,利用從ADS-B速度報(bào)文中的對(duì)地速度、升速、航向等信息以及與UTC時(shí)間同步的ADS-B接收機(jī)打上的時(shí)間戳,對(duì)位置數(shù)據(jù)外推(或內(nèi)插),實(shí)現(xiàn)ADS-B數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)在時(shí)間上對(duì)準(zhǔn);然后將在大地坐標(biāo)系下的ADS-B位置點(diǎn)(X,Y,Z),轉(zhuǎn)換到雷達(dá)坐標(biāo)系(ra,φa,θa),自此得到和雷達(dá)位置點(diǎn)(剔除野值點(diǎn)后)一一對(duì)應(yīng)的ADS-B位置點(diǎn)N個(gè),則可以估計(jì)出雷達(dá)系統(tǒng)誤差。Δr=Σi=1i=N(rp,i-ra,i)N]]>ΔΦ=Σi=1i=N(φp,i-φa,i)N]]>Δθ=Σi=1i=N(θp,i-θa,i)N]]>上述方法雖然能對(duì)雷達(dá)的測(cè)量精度進(jìn)行全面校正,但是算法復(fù)雜,工程實(shí)施較為困難,且實(shí)時(shí)性不高,對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的情況并不適用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,而提供一種雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)中雷達(dá)標(biāo)校方法計(jì)算量大,計(jì)算過程復(fù)雜且實(shí)時(shí)性較差的問題。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法,利用ADS-B系統(tǒng)接收的航跡進(jìn)行校正,該校正方法包括如下步驟:(1)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將待校雷達(dá)和ADS-B系統(tǒng)分別接收的航跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至同一坐標(biāo)系中;(2)航跡選擇,在同一坐標(biāo)系中的水平面上選擇源自同一觀測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)航跡TR和對(duì)應(yīng)的ADS-B航跡TA;(3)近似截取,從雷達(dá)航跡TR中截取n段近似直線的航跡段TRi,并從ADS-B航跡TA中對(duì)應(yīng)截取n段近似直線的航跡段TAi,i=1,…,n,n≥1,TRi和TAi具有相同的時(shí)間戳;(4)直線擬合,分別對(duì)截取的TRi和TAi進(jìn)行直線擬合,得到對(duì)應(yīng)的擬合直線的斜率分別為aRi和aAi;(5)計(jì)算夾角,利用斜率aRi和aAi計(jì)算航跡段TRi和TAi對(duì)應(yīng)擬合直線之間的夾角θi;(6)求平均值,求出各夾角θi的平均值,即:(7)求標(biāo)定誤差角,再分別選取多個(gè)觀測(cè)目標(biāo),利用上述步驟得到各個(gè)觀測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)雷達(dá)航跡和ADS-B航跡夾角的平均值,并對(duì)多個(gè)夾角平均值再進(jìn)行平均計(jì)算,得到的平均值即為標(biāo)定誤差角;(8)誤差校正,待校雷達(dá)利用標(biāo)定誤差角對(duì)接收的航跡數(shù)據(jù)直接進(jìn)行誤差校正。在本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的另一個(gè)實(shí)施例中,步驟(4)直線擬合中,采用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘直線擬合法對(duì)所述TRi和/或TAi進(jìn)行直線擬合。在本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的另一個(gè)實(shí)施例中,步驟(1)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中,ADS-B系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)格式為經(jīng)度、緯度和高度,待校雷達(dá)接收的數(shù)據(jù)格式為斜距、方位角、高度,同一坐標(biāo)系為以雷達(dá)站為中心的局部直角坐標(biāo)系。在本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的另一個(gè)實(shí)施例中,步驟(3)近似截取中,首先從雷達(dá)航跡TR上截取n段近似直線的航跡段TRi,再根據(jù)TRi的時(shí)間戳獲取ADS-B航跡TA上對(duì)應(yīng)的n段航跡段TAi。在本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的另一個(gè)實(shí)施例中,步驟(5)中計(jì)算夾角θi的方法如下:θi=arctan[(aRi-aAi)/(1+aRiaAi)]。在本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的另一個(gè)實(shí)施例中,對(duì)航跡TRi采用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘直線擬合法的步驟如下:ⅰ.利用航跡段TRi中的所有航跡點(diǎn),通過整體最小二乘法計(jì)算航跡段TRi的擬合直線y=ax+b的斜率a的值和截距b的值;ⅱ.利用計(jì)算得到的斜率a、截距b的值,計(jì)算航跡段TRi中每個(gè)航跡點(diǎn)至對(duì)應(yīng)擬合直線的距離dj,并計(jì)算dj的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ,其中j=1,…,m,m≥1,m為航跡段TRi中航跡點(diǎn)的個(gè)數(shù);ⅲ.若dj>2σ,則對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)被認(rèn)為是野值點(diǎn),刪除該航跡點(diǎn);若dj≤2σ,則對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)被認(rèn)為是正常點(diǎn),保留該航跡點(diǎn);ⅳ.若航跡段TRi中沒有被刪除的野值點(diǎn),此時(shí)斜率a的值和截距b的值即為最優(yōu)估計(jì)值,此時(shí)斜率a的值即為航跡段TRi的擬合直線y=ax+b的對(duì)應(yīng)斜率aRi;若航跡段TRi中存在被刪除的野值點(diǎn),則利用步驟ⅲⅲ中所有保留下來的正常點(diǎn),通過整體最小二乘法重新計(jì)算斜率a、截距b的值;ⅴ.重復(fù)步驟ⅱ~ⅳ,直至航跡段TRi中保留下的所有航跡點(diǎn)都為正常點(diǎn),此時(shí)得到的斜率a、截距b的值即為最優(yōu)估計(jì)值,此時(shí)斜率a的最優(yōu)估計(jì)值即為航跡段TRi的所述擬合直線y=ax+b的對(duì)應(yīng)斜率aRi。在本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的另一個(gè)實(shí)施例中,步驟ⅱⅱ中dj和σ的計(jì)算方法如下:dj=|axj-yj+b|a2+1]]>σ=(dj-d‾)T(dj-d‾)m-1]]>其中,xj、yj為所述航跡段TRi中各航跡點(diǎn)的坐標(biāo),本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法利用ADS-B系統(tǒng)接收的航跡數(shù)據(jù)對(duì)待校雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正,針對(duì)利用方向盤對(duì)待校雷達(dá)進(jìn)行反覘標(biāo)定存在的標(biāo)定誤差,該方法從ADS-B系統(tǒng)和雷達(dá)態(tài)勢(shì)圖中選取來自同一目標(biāo)的航跡,并從中選取n個(gè)近似直線的航跡段,利用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘法將上述航跡段進(jìn)行直線擬合,剔除航跡中的異常點(diǎn),求出雷達(dá)和ADS-B同航跡段擬合直線的夾角以及兩航跡的夾角的平均值,然后選取多個(gè)觀測(cè)目標(biāo)求取其航跡對(duì)應(yīng)的夾角平均值,再對(duì)所有夾角進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均,獲得雷達(dá)標(biāo)定誤差角,利用該標(biāo)定誤差角對(duì)待校雷達(dá)測(cè)得的方位角進(jìn)行補(bǔ)償,從而完成對(duì)待校雷達(dá)標(biāo)定誤差的校正。這種方法可以在線進(jìn)行,在雷達(dá)跟蹤航跡的過程中就能實(shí)時(shí)操作計(jì)算,對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正,提高精度,對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的雷達(dá)也同樣適用;當(dāng)然,在離線時(shí)航跡越長(zhǎng),截取計(jì)算進(jìn)行校正的結(jié)果就越精確。通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析證明,該方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便,實(shí)時(shí)性很高,且對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差的校正效果非常明顯,大大提高雷達(dá)跟蹤飛行目標(biāo)的精確程度,非常適用于工程應(yīng)用領(lǐng)域。附圖說明圖1是本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的第一實(shí)施例的流程圖;圖2是基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘直線擬合法的流程圖;圖3是本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的雷達(dá)標(biāo)定誤差校正界面圖;圖4是本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的航跡校正第一示例的結(jié)果圖;圖5是本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的航跡校正第二示例的結(jié)果圖;圖6是待校雷達(dá)未修正標(biāo)定誤差的態(tài)勢(shì)對(duì)比圖;圖7是待校雷達(dá)修正標(biāo)定誤差后的態(tài)勢(shì)對(duì)比圖。具體實(shí)施方式為了便于理解本發(fā)明,下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例。但是,本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn),并不限于本說明書所描述的實(shí)施例。相反地,提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。需要說明的是,除非另有定義,本說明書所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的
      技術(shù)領(lǐng)域
      的技術(shù)人員通常理解的含義相同。在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的,不是用于限制本發(fā)明。本說明書所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。針對(duì)只需對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行快速標(biāo)校的實(shí)際情況,由于ADS-B系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)具有很高的精度和穩(wěn)定性,在配置較好的天線情況下可以穩(wěn)定持續(xù)接收到500千米以內(nèi)的民航飛機(jī)航跡,因此本發(fā)明以民航飛機(jī)(協(xié)作目標(biāo))的航跡數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象和參考標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明利用ADS-B技術(shù)對(duì)空中目標(biāo)精準(zhǔn)定位、穩(wěn)定跟蹤的優(yōu)點(diǎn),提出了一種基于分段航跡直線擬合的雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法,如圖1顯示了本方法一個(gè)實(shí)施例的流程圖。由圖1可知,該方法除了開始S1和結(jié)束S10外,具體步驟還包括:(1)步驟S2:坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將待校雷達(dá)和ADS-B系統(tǒng)分別接收的航跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至同一坐標(biāo)系中;(2)步驟S3:航跡選擇,在同一坐標(biāo)系中的水平面上選擇源自同一觀測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)航跡TR和對(duì)應(yīng)的ADS-B航跡TA;(3)步驟S4:近似截取,從雷達(dá)航跡TR中截取n段近似直線的航跡段TRi,并從ADS-B航跡TA中對(duì)應(yīng)截取n段近似直線的航跡段TAi,i=1,…,n,n≥1,TRi和TAi具有相同的時(shí)間戳;(4)步驟S5:直線擬合,分別對(duì)截取的TRi和TAi進(jìn)行直線擬合,得到對(duì)應(yīng)的擬合直線的斜率為aRi和aAi;(5)步驟S6:計(jì)算夾角,利用斜率aRi和aAi計(jì)算航跡段TRi和TAi對(duì)應(yīng)擬合直線之間的夾角θi;(6)步驟S7:求平均值,求出各夾角θi的平均值,即:(7)步驟S8:求標(biāo)定誤差角,再分別選取多個(gè)觀測(cè)目標(biāo),利用上述步驟得到各個(gè)觀測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)雷達(dá)航跡和ADS-B航跡夾角的平均值,并對(duì)多個(gè)夾角平均值再進(jìn)行平均計(jì)算,得到的平均值(或者統(tǒng)計(jì)平均值)即為標(biāo)定誤差角;(8)步驟S9:誤差校正,待校雷達(dá)利用該標(biāo)定誤差角對(duì)接收的雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)直接進(jìn)行誤差校正。本發(fā)明的雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法采用近似直線擬合再求夾角的平均值的這種方法實(shí)時(shí)性高、計(jì)算量小,同時(shí)也具有較高的準(zhǔn)確度;另外,利用該方法得到的標(biāo)定誤差角屬于系統(tǒng)誤差,可以直接用于待校雷達(dá)的后續(xù)航跡校正,使用方便。進(jìn)一步的,針對(duì)圖1中的步驟S2:坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,由于ADS-B系統(tǒng)接收的航跡數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式主要為經(jīng)度、緯度和高度,待校雷達(dá)的航跡數(shù)據(jù)格式通常為斜距、方位角、高度,兩種數(shù)據(jù)格式不一致,因此需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系中。為了便于觀察計(jì)算,本實(shí)施例優(yōu)選將數(shù)據(jù)均轉(zhuǎn)換至以雷達(dá)站為坐標(biāo)中心的x,y,z局部直角坐標(biāo)系中,航跡投影到該直角坐標(biāo)系中xy平面對(duì)應(yīng)的水平面上。當(dāng)然,這里的同一坐標(biāo)系不限于局部直角坐標(biāo)系,也可以是其他的坐標(biāo)系,只要能夠達(dá)到使用要求即可。進(jìn)一步的,在進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、航跡選擇時(shí),提供兩種實(shí)現(xiàn)方式:實(shí)現(xiàn)方式一:將待校雷達(dá)和ADS-B系統(tǒng)接收的航跡數(shù)據(jù)全部進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(包含多觀測(cè)目標(biāo)的航跡數(shù)據(jù)),再對(duì)比待校雷達(dá)航跡態(tài)勢(shì)和ADS-B系統(tǒng)接收到的空情態(tài)勢(shì),從ADS-B系統(tǒng)和雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)在直角坐標(biāo)系xy投影面的態(tài)勢(shì)圖中找到源自同一觀測(cè)目標(biāo)的一組航跡TR和TA,其中,TR為雷達(dá)航跡,TA為ADS-B航跡。實(shí)現(xiàn)方式二:利用待校雷達(dá)和ADS-B系統(tǒng)對(duì)同一空中觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè),再對(duì)該觀測(cè)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)和ADS-B航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,其在XY投影面上的兩條航跡即為對(duì)應(yīng)的雷達(dá)航跡TR和ADS-B航跡TA。這種實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)現(xiàn)方式一的區(qū)別在于該方式首先就選定一個(gè)觀測(cè)目標(biāo),那么進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就只有所需航跡的數(shù)據(jù)因此更為精確和高效。進(jìn)一步的,針對(duì)圖1中的步驟S4:近似截取,優(yōu)選的實(shí)施方式:首先從雷達(dá)航跡TR上截取n段近似直線的航跡段TRi,再根據(jù)TRi的時(shí)間戳獲取ADS-B航跡TA上對(duì)應(yīng)的n段航跡段TAi。這里的時(shí)間戳是指航跡段上每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻信息,具有相同時(shí)間戳的航跡段是指兩個(gè)對(duì)應(yīng)航跡段的每個(gè)時(shí)間點(diǎn)均相同。一般直線擬合常采用整體最小二乘法,該方法能同時(shí)考慮自變量和因變量的誤差,擬合效果較為理想。但是該方法并沒有考慮到數(shù)據(jù)中存在的粗差或野值點(diǎn)(異常值),而在雷達(dá)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量時(shí)通常會(huì)存在野值點(diǎn)??紤]到野值點(diǎn)的存在會(huì)對(duì)直線擬合帶來很大誤差的問題,作為優(yōu)選實(shí)施例,在對(duì)航跡段TAi和TRi進(jìn)行直線擬合時(shí),為了剔除測(cè)量數(shù)據(jù)中的野值點(diǎn)以獲取穩(wěn)健的擬合直線參數(shù)的最佳估計(jì)值,本發(fā)明采用門限過濾的方法進(jìn)行野值點(diǎn)剔除,即采用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘直線擬合法對(duì)航跡段TRi和TAi進(jìn)行直線擬合。如圖2所示,以下以航跡段TRi為例進(jìn)行詳細(xì)說明,除了開始S51和S57外,還包括S52~S56:假設(shè)該航跡段共有m個(gè)航跡點(diǎn),直線擬合就是求取這些點(diǎn)的擬合直線y=ax+b,式中a,b為兩個(gè)待定參數(shù),a為該擬合直線的斜率,b為該擬合直線的截距,其具體計(jì)算方法如下:ⅰ.步驟s52:利用航跡段TRi中的所有航跡點(diǎn)通過整體最小二乘法計(jì)算對(duì)應(yīng)擬合直線y=ax+b的斜率a的初始值A(chǔ)0和截距b的初始值B0,得到初始擬合直線y=A0x+B0;ⅱ.步驟s53:計(jì)算航跡段TRi中每個(gè)點(diǎn)Mj至初始擬合直線y=A0x+B0的距離dj,并計(jì)算dj的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ0,其中j=1,…,m,m≥1,m為航跡段TRi中航跡點(diǎn)Mj的個(gè)數(shù);ⅲ.步驟s54:若dj>2σ0,則對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)Mj被認(rèn)為是野值點(diǎn),刪除該航跡點(diǎn)Mj;若dj≤2σ0,則對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)Mj被認(rèn)為是正常點(diǎn),保留該航跡點(diǎn)Mj;ⅳ.步驟s55:若航跡段TRi中沒有被刪除的野值點(diǎn),此時(shí)斜率a的初始值A(chǔ)0和截距b的初始值B0即為最優(yōu)估計(jì)值,A0即為對(duì)應(yīng)擬合直線的斜率aRi;若航跡段TRi中存在被刪除的野值點(diǎn),則對(duì)該航跡段中第一次保留下來的航跡點(diǎn)Mh再次通過整體最小二乘法重新計(jì)算斜率a和截距b的值,得到對(duì)應(yīng)的修正值A(chǔ)1和修正值B1,則此時(shí)的修正擬合直線為y=A1x+B1,其中,h=1,…,k,k<m,k為航跡段TRi中第一次保留下來的航跡點(diǎn)Mh的個(gè)數(shù);ⅴ.利用修正擬合直線y=A1x+B1,計(jì)算航跡段TRi中第一次保留下來的航跡點(diǎn)Mh至修正擬合直線y=A1x+B1的距離dh,并計(jì)算dh的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ1;ⅵ.若dh>2σ1,則對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)Mh被認(rèn)為是野值點(diǎn),刪除該航跡點(diǎn)Mh;若dh≤2σ1,則對(duì)應(yīng)的航跡點(diǎn)Mh被認(rèn)為是正常點(diǎn),保留該航跡點(diǎn)Mh;ⅶ.若航跡段TRi中第一次保留下來的航跡點(diǎn)Mh沒有被刪除的野值點(diǎn),此時(shí)斜率a的修正值A(chǔ)1和截距b的修正值B1即為最優(yōu)估計(jì)值,A1即為對(duì)應(yīng)擬合直線的斜率aRi;若航跡段TRi中第一次保留下來的航跡點(diǎn)Mh存在被刪除的野值點(diǎn),則按照與上述步驟相同的方法重復(fù)進(jìn)行擬合計(jì)算(步驟s56),直至航跡段TRi中保留下的航跡點(diǎn)均為正常點(diǎn),此時(shí)得到的斜率a的修正值和截距b的修正值即為最優(yōu)估計(jì)值,此時(shí)得到的斜率a的修正值即為對(duì)應(yīng)擬合直線的斜率aRi。上述過程中,幾次擬合的過程、計(jì)算點(diǎn)到直線的距離及其對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差的方法都相同,后面的步驟可以認(rèn)為是步驟ⅰ~ⅲ的重復(fù)過程。當(dāng)航跡段中包含m個(gè)點(diǎn),則根據(jù)斜率a,截距b的值計(jì)算航跡點(diǎn)至對(duì)應(yīng)擬合直線距離dj及dj的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式為:dj=|axj-yj+b|a2+1σ=(dj-d‾)T(dj-d‾)m-1]]>其中,xj、yj為航跡段TRi中各航跡點(diǎn)的坐標(biāo),那么具體到本實(shí)施例中,當(dāng)航跡段中包含m個(gè)點(diǎn),a,b的值分別為A0、B0,以及當(dāng)航跡段中包含k個(gè)點(diǎn),a,b的值分別為A1、B1時(shí),步驟ⅱ、ⅴ中dj和σ0、dh和σ1的計(jì)算公式如下:dj=|A0xj-yj+B0|A02+1σ0=(dj-d‾0)T(dj-d‾0)m-1]]>dh=|A1xj-yj+B1|A12+1σ1=(dj-d‾1)T(dj-d‾1)k-1]]>其中,進(jìn)一步的,針對(duì)上述直線擬合方法中的整體最小二乘法仍以航跡段TRi為例,具體計(jì)算過程如下:設(shè)航跡段TRi中m個(gè)航跡點(diǎn)坐標(biāo)為(xj,yj),j=1,2,...,m,考慮到雷達(dá)測(cè)量值中的誤差可列出如下方程:yj+vyj=a(xj+vxj)+b---(1)]]>整理可得:(A+EA)x=L+EL(2)式中EA、EL分別表示矩陣A和觀測(cè)向量L的誤差,即:Am,2=x11x21......xm1EAm,2=vx10vx20......vxm0x2,1=abLm,1=y1y1...ymELm,1=vy1vy2...vym---(3)]]>整體最小二乘在考慮矩陣A與向量L同時(shí)存在誤差EA、EL的情況下,求解未知參數(shù)x,其準(zhǔn)則為:Σi=1n(vxi2+vyi2)=min]]>式(2)可以改寫為:[ALEAEL]x-1=0]]>通常,采用矩陣奇異值分解(singularvaluedecomposition,SVD)解算待定參數(shù)的整體最小二乘解。首先對(duì)增廣矩陣[AL]進(jìn)行奇異值分解,得:[AL]=U1k+1U2m-(k+1)Σ0VT=U1ΣVT]]>其中:U1=U11kU121]]>則參數(shù)的整體最小二乘估計(jì)值為:xTLS=-V12V22-1---(4)]]>殘差矩陣為:EAEL=U12Σ2V12TV22T---(5)]]>單位權(quán)中誤差為:V^=ELT^EL^+(vecEA^)TvecEA^=tr(EL^ELT^+E^EAT^)=tr(Σ22)]]>σ02=V^n-2]]>參數(shù)的協(xié)方差陣為:Dxx=σ02(ATA-V^I2,2)-1ATA(ATA-V^I2,2)-1]]>也可用下式求解待定參數(shù)的整體最小二乘解:xTLS=(ATA-σ32I)-1ATL---(6)]]>其中σ3為增廣矩陣[AL]的最小特征值。進(jìn)一步的,針對(duì)圖1中的步驟S6:計(jì)算夾角,θi的計(jì)算公式如下:θi=arctan[(aRi-aAi)/(1+aRiaAi)]。按照上述計(jì)算方式可以得到各航跡段對(duì)應(yīng)的n個(gè)夾角值,利用公式可求出兩條航跡的夾角平均值另外,航跡段TAi的直線擬合原理和過程與航跡段TRi完全相同,此處不再贅述。之后,按照上述步驟分別從ADS-B和雷達(dá)態(tài)勢(shì)圖中選取具有代表性的不同航向的多組對(duì)應(yīng)航跡計(jì)算對(duì)應(yīng)的夾角平均值,然后再求其平均值(統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)較多時(shí)可以求統(tǒng)計(jì)平均值),最終得到該待校雷達(dá)的標(biāo)定誤差角,利用該標(biāo)定誤差角作為雷達(dá)標(biāo)定誤差的修正量完成對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差的校正。在得到標(biāo)定誤差角之后,關(guān)掉雷達(dá)發(fā)射機(jī),并關(guān)掉天線旋轉(zhuǎn)開關(guān),在雷達(dá)終端軟件標(biāo)定方位角位置輸入該標(biāo)定誤差角即實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)方位標(biāo)定。在實(shí)際應(yīng)用中,利用本發(fā)明進(jìn)行雷達(dá)標(biāo)定誤差校正,涉及到的雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)是直接以電軸為基準(zhǔn)所得的數(shù)據(jù),忽略雷達(dá)本身的系統(tǒng)誤差,省去了光軸與電軸的對(duì)準(zhǔn),避免此類誤差的出現(xiàn)。進(jìn)一步的,采用本發(fā)明的方法進(jìn)行標(biāo)定與現(xiàn)有技術(shù)中采用方向盤反覘標(biāo)定的不同在于:方向盤進(jìn)行反覘標(biāo)定誤差時(shí)將雷達(dá)天線正面的觀察鏡與方向盤進(jìn)行對(duì)瞄,此過程只能完成對(duì)雷達(dá)光軸的校正,無法校正電軸,若雷達(dá)光軸和電軸不一致,則將無法消除光、電軸之間的偏差,這就使得雷達(dá)的方位角測(cè)量誤差無法得到消除。而本發(fā)明采用的校正方法是利用目標(biāo)近似真實(shí)的航跡數(shù)據(jù)與雷達(dá)獲取的航跡數(shù)據(jù)進(jìn)比對(duì),該方法可以直接對(duì)雷達(dá)電軸誤差進(jìn)行校正,無需電軸與光軸進(jìn)行對(duì)準(zhǔn),從而有效校正雷達(dá)的方位角測(cè)量誤差。為了驗(yàn)證本發(fā)明雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法的性能,本發(fā)明利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)標(biāo)定誤差校正進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。如圖3所示,在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)利用雷達(dá)和ADS-B系統(tǒng)獲取空中觀測(cè)目標(biāo)的空情數(shù)據(jù),然后利用matlab軟件按照前述本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例方法進(jìn)行誤差校正,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。本方法的實(shí)施依托開發(fā)的雷達(dá)偏差校正軟件,校正界面如圖3所示,其中的雷達(dá)數(shù)據(jù)圖和ADS-B數(shù)據(jù)圖均為已轉(zhuǎn)至以雷達(dá)站為坐標(biāo)中心的x,y,z局部直角坐標(biāo)系下的對(duì)應(yīng)航跡圖,圖中每個(gè)編號(hào)代表一個(gè)航跡,上方的雷達(dá)PPI顯示窗中編號(hào)為14的航跡與下方的ADS-BPPI顯示窗中標(biāo)號(hào)為9435的航跡為針對(duì)同一目標(biāo)的對(duì)應(yīng)航跡,具體步驟如下:1.在雷達(dá)PPI顯示窗中用鼠標(biāo)框選一段近似直線的航跡:由于雷達(dá)航跡原始數(shù)據(jù)為極坐標(biāo)(r,β,ε)T,其中r,β,ε分別為斜距、方位角(正北為0,順時(shí)針為正)與高度,為了處理方便,本方法首先將其變換為以雷達(dá)站s為中心的局部直角坐標(biāo)系[xyz]T,其中,x是正東為正,y是正北為正,轉(zhuǎn)換公式為y=r2-ϵ2cosβx=r2-ϵ2sinβz=ϵ]]>在得到轉(zhuǎn)換后的局部直角坐標(biāo)后,點(diǎn)擊雷達(dá)偏差校正軟件界面上的擬合按鈕,則軟件就會(huì)利用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘擬合方法對(duì)該截取航跡段進(jìn)行直線擬合,求出擬合直線的斜率;2.在ADS-BPPI顯示窗中用鼠標(biāo)框選一段近似直線的航跡:由于ADS-B航跡原始數(shù)據(jù)為地理坐標(biāo),假設(shè)目標(biāo)點(diǎn)P的地理坐標(biāo)為(λ,φ,h),其中λ,φ,h分別表示地理的經(jīng)度、緯度和高度,為了統(tǒng)一到以雷達(dá)站為中心的局部直角坐標(biāo)系[xyz]T,需要對(duì)其進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。假設(shè)雷達(dá)站的地理坐標(biāo)為(λr,φr,hr),則需要將目標(biāo)地理坐標(biāo)(λ,φ,h)和雷達(dá)站地理坐標(biāo)為(λr,φr,hr)轉(zhuǎn)換到地球固定坐標(biāo)(以地球中心為坐標(biāo)系中心),轉(zhuǎn)換公式為P(λ,φ,h)=XYZ=(N+h)cosφcosλ(N+h)cosφsinλ[N(1-ρ2)+h]sinφ]]>這里,其中Re=6378.137km為地球的長(zhǎng)軸半徑,re=6356.7523142km為地球短軸半徑,為地球的偏心率。假設(shè)目標(biāo)點(diǎn)P在雷達(dá)站為中心的局部直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為[xyz]T,則將(λ,φ,h)轉(zhuǎn)換為[xyz]T的公式為其中在得到轉(zhuǎn)換后的局部直角坐標(biāo)后,點(diǎn)擊雷達(dá)偏差校正軟件界面上的擬合按鈕,則軟件就會(huì)利用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘擬合方法對(duì)該截取航跡段進(jìn)行直線擬合,求出擬合直線的斜率;3.得到兩條擬合直線的斜率后,點(diǎn)擊雷達(dá)偏差校正軟件界面上的計(jì)算偏差角按鈕,則軟件就會(huì)利用前面所述的夾角計(jì)算公式求出偏差角;4.在雷達(dá)PPI和ADS-BPPI窗口中選取多批對(duì)應(yīng)航跡,并重復(fù)1-3步,即可求出最終雷達(dá)的標(biāo)定誤差角。分別選取2條不同航跡進(jìn)行處理,如圖4和圖5所示,其中的橫縱坐標(biāo)分別代表以雷達(dá)站為中心的局部直角坐標(biāo)系x軸和y軸坐標(biāo),單位為m。圖4中“+”線為ADS-B航跡數(shù)據(jù),“*”線為雷達(dá)原始航跡,直線A為雷達(dá)航跡的擬合直線,直線B為ADS-B航跡的擬合直線,利用圖4所對(duì)應(yīng)的兩條擬合直線進(jìn)行計(jì)算可得到對(duì)應(yīng)的夾角。另外,由于雷達(dá)對(duì)目標(biāo)測(cè)量時(shí)高度誤差較大,如果利用ADS-B所獲取的目標(biāo)高度對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)中的高度數(shù)據(jù)進(jìn)行校正,則校正航跡與真實(shí)目標(biāo)航跡更加接近。圖5中“o”線為對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正之后的航跡,“☆”線為利用ADS-B航跡高度代替雷達(dá)獲取高度數(shù)據(jù)的航跡,由圖可知,經(jīng)過本方法對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正之后,修正后的雷達(dá)航跡與目標(biāo)真實(shí)航跡(利用ADS-B高度的航跡)基本一致。圖6、圖7所示的是利用待校準(zhǔn)雷達(dá)與ADS-B對(duì)空中目標(biāo)持續(xù)監(jiān)視一段時(shí)間后所獲取的多目標(biāo)空情態(tài)勢(shì),其中的橫縱坐標(biāo)分別代表以雷達(dá)站為中心的局部直角坐標(biāo)系x軸和y軸坐標(biāo),單位為m。兩幅圖中點(diǎn)線為雷達(dá)跟蹤航跡,直線為ADS-B航跡,其中圖6未進(jìn)行偏差校正的態(tài)勢(shì)對(duì)比圖,圖7為進(jìn)行偏差補(bǔ)償?shù)膽B(tài)勢(shì)對(duì)比圖。對(duì)比可以看出,如圖6所示,如果不進(jìn)行標(biāo)定誤差校正,在雷達(dá)跟蹤的航跡與ADS-B獲取的目標(biāo)真實(shí)飛行軌跡存在很大差別,如果該雷達(dá)數(shù)據(jù)被使用將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果,而經(jīng)過本方法對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正之后,該航跡與目標(biāo)真實(shí)航跡基本一致,如圖7所示。利用本發(fā)明提出的校正方法可以實(shí)時(shí)、高效、準(zhǔn)確地對(duì)雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正。本發(fā)明的雷達(dá)標(biāo)定誤差校正方法利用ADS-B系統(tǒng)接收的航跡數(shù)據(jù)對(duì)待校雷達(dá)標(biāo)定誤差進(jìn)行校正,針對(duì)利用方向盤對(duì)待校雷達(dá)進(jìn)行反覘標(biāo)定存在的標(biāo)定誤差,該方法從ADS-B系統(tǒng)和雷達(dá)態(tài)勢(shì)圖中選取來自同一目標(biāo)的航跡,并從中選取n個(gè)近似直線的航跡段,利用基于野值點(diǎn)剔除的整體最小二乘法將上述航跡段進(jìn)行直線擬合,剔除航跡中的異常點(diǎn),求出雷達(dá)和ADS-B同航跡段擬合直線的夾角以及兩航跡的夾角的平均值,然后選取多個(gè)觀測(cè)目標(biāo)求取其航跡對(duì)應(yīng)的夾角平均值,再對(duì)所有夾角進(jìn)行平均,獲得雷達(dá)標(biāo)定誤差角,利用該標(biāo)定誤差角對(duì)待校雷達(dá)測(cè)得的方位角進(jìn)行補(bǔ)償,從而完成對(duì)待校雷達(dá)標(biāo)定誤差的校正。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的專利范圍,凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換,或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
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      ,均包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
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