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专利名称：用于异类多传感器系统的误差配准方法
技术领域：
本发明属于异类多传感器组网的误差配准技术领域，适用于雷达与ESM、红外等被 动传感器组网的场合。
背景技术：
主被动异类传感器网是一种典型的多传感器系统组网模式。在多传感器组网系统 中，如何对各传感器的系统误差进行有效的配准和补偿，是其核心关键技术之一。目前，关于异类传感器网误差配准技术的研究比较少。在这些方法中，比较典型的 方法是将系统误差作为一个分量扩充到目标状态方程中，即采用联合估计方法实现系统误 差的估计。这种方法在具体求解时，需要准确建立目标的状态方程(在实际工程应用中，目 标的真实状态往往是不可知的)，否则状态方程的失配将会直接影响估计的精度。

发明内容
1.要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种用于异类传感器网的误差配准方法。该误差配准方法 首先基于交叉定位原理求解真实目标的定位误差数学模型，然后基于雷达量测求解真实目 标的定位误差数学模型，最后求解系统误差观测数学模型并得出系统误差的实时估计。本 误差配准方法基于无源定位原理，适用于雷达与ESM、红外等被动传感器组网的场合。2.技术方案本发明所述的用于异类传感器网的误差配准方法，包括以下技术措施首先基于 交叉定位原理求解真实目标的定位误差数学模型，然后基于雷达量测求解真实目标的定位 误差数学模型，最后求解系统误差观测数学模型并得出系统误差的实时估计。
四

说明书附图1是本发明具体实施方式
1中的雷达与被动传感器利用方位测量角对 一个目标的交汇定位示意图；说明书附图2是本发明利用雷达与被动传感器测量数据进行 系统误差配准的具体实施流程图。
五具体实施例方式以下结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。参照说明书附图，本发明的具 体实施方式分以下几个步骤(1)基于交叉定位原理求解真实目标的定位误差数学模型假设雷达1和被动传感器2分别对监视区域内的某个目标进行测量，目标所在的 真实位置为(Χ' ,ι')，两传感器的位置分别位于(Xpy1)和(X2，y2)。雷达和被动传感器 获得的目标方位测量值分别为、和Ci2，如图1所示。由于两部传感器测量值中同时包括系统偏差和随机偏差，所以、和Ci2可表示 为
3
\ Ccx = a[ + Δα, + αλ [α2 - α'2 + Aan + da2
⑴其中α'2分别为目标与传感器的真实角度；Δ α工、Δ α 2分别为传感器的 系统误差；da pda 2分别为传感器的量测随机误差，其相应的协方差分别用σ^、σ〗2表示。如果目标与传感器真实角度已知，利用交叉定位几何原理可以求解出目标的真实 位置为
χ =
yp2 - yp\ + xpitg^l - xp2tga'2
坟α丨—tga2
^ yPitg^'i -yPitga'2+{xPx - Xp1^gaVga12 tga[~tga'2
⑵ ⑶ 将式(1)代入式(2)，同时考虑到Δ α ρ Δ a 2、d a ^d a 2远远小于a 采用一阶近似的方法，目标在X轴的真实坐标可另外表示为
2'
Δχ =
=Xd+ Δ χ+dx
_ yPi ~ypx +XPitgal -xp2tga2
tgcc^ - tga2 (A - B)Aal -(A-C)Aa2
⑷
(5)
(6)^b _(A-B)dax -(A-Qda2 D(7)
其中
A = cos ( a f-a 2) [(yp2-yPi)cos a^os a2+xp^in a^os a2-xp2cos apin a-2]
B = sin(af_a2) [(ypi-yp2)sina^os a-2+xp^os a^os a2+xp2sinapin a-2]
C = sin(af-a 2) [(yp2-yPi)cos apin a2+xp^in apin a2+xp2cos a^os a-2]
D = sin(af-a 2) sin( a「a 2)
根据式(4)--(7)可知，χ实际为传感器实际测量值交汇所获得的目标X轴位置
Δ χ可近似为传感器系统误差在交汇过程中X轴所产生的系统定位误差；dx则是传感器随 机误差在交汇过程中X轴所产生的部分随机误差。同理，将式⑴代入式(3)，目标在y轴的真实坐标可另外表示为y' = yd+ Δ y+dy(8) ypItgal - ypxtga2 +{xp{ - χρ )tga]tga2
yd =Aydy ={Ε-F
其中
E =cos ( a
F =sin (a
G =sin (a
tgax 一 tga2 Qg— 尸)Aa1 -(E-G)Aa2 D
(Ε - F)dal -(E- G)da2
(9)
(10) (11)
^in a 2] ^in a 2]
^os a 2]
4(12)根据式⑶ (11)可知，y实际为传感器实际测量值交汇所获得的目标Y轴位置； Δ y可近似为传感器系统误差在交汇过程中Y轴所产生的系统定位误差；dy则是传感器随 机误差在交汇过程中Y轴所产生的部分随机误差。式(4)和(8)就是利用交叉定位原理得到的真实目标定位误差数学模型。(2)基于雷达量测求解真实目标的定位误差数学模型雷达的距离测量值巧和方位角测量值α工可表示为 r η = r; + Ar1 + drx αγ = α[ + Aal + dax其中r'工为目标与传感器的真实距离；Ar1为传感器的测距系统误差；(Ir1为传 感器的距离量测随机误差，其相应的协方差用 <表示。根据式(12)，利用雷达的测量值可以求解除目标的真实位置为
fx' = Xp1 + (rj - Δγ, — drx) cos(aj - Δα, - da、) [y' = yp^ + (r, - Αη - drx) Sin(C)T1 - Δα_ )对上式进行二阶近似可得
fx' = Xpl + f\ cos or, — (Arl + drx) cos αλ + (Δα, + da1 sin ax |_y' = ^yp1 + η sin ax — (Ar1 + νλ) sin αλ - (Aal + dax )rx cos a,式(14)就是利用雷达测量值得到的真实目标定位误差数学模型。(3)系统误差观测数学模型 根据式(4)、(8)、(14)，可以构造如下的系统误差观测数学模型
(15)
(13)
(14)Z(k)=H(k) β+Kk)
其中
糊=Xfi + η yPi + rxCosa1 sin or.
β (k)=[Ar1Δ a
H{k) =COSCif1 sin a1A-E E-F
(17)
C_%
G-
r, sin a,
(+ rx cos a,
随机测量协方差矩阵R可通过对式(15)左侧的Z求偏导获得 —紀
(16)
(18)
R =
δ
(19)
其中，δχ2、δ/可通过下式获得
7 /4
■ 2 一 2— 2 / 、丄 2.2/ χ 2SeC CC\
σ, =σ cos (ax) + rx sin (a})σ +
τ I4
2 Ci 2 sec CXj 2 -σ +--
{tgax -Iga2)4(tga] -tga2)
(20)
权利要求
用于异类多传感器系统的误差配准方法，其特征在于包括以下技术措施(1)基于交叉定位原理求解真实目标的定位误差数学模型；(2)基于雷达量测求解真实目标的定位误差数学模型；(3)求解系统误差观测数学模型并得出系统误差的实时估计。
2.根据权利要求1所述的基于雷达量测求解真实目标的定位误差数学模型，其特征在 于具有如下技术特征雷达的距离测量值A和方位角测量值α ！可表示为其中，r/为目标与传感器的真实距离；Ar1为传感器的测距系统误差；Clr1为传感器 的距离量测随机误差，其相应的协方差用表示。根据上式，利用雷达的测量值可以求解 除目标的真实位置为上式就是利用雷达测量值得到的真实目标定位误差数学模型。
3.根据权利要求1所述的系统误差的实时估计，其特征在于采用如下的技术措施步 骤基于系统误差观测数学模型，根据广义最小二乘估计方法，可以得到某个时刻系统误差 的实时估计为β = {h'R ) ' H R 1Z 此时，> 的估计协方差为对于所有K个时刻，系统误差的实时估计可以通过下式获得JV = χρχ + (η - Arj - dr{) cos(a, - Aal - dal) = yp、+ {rx 一 Ar1 - \) sin( ,l — Δ , - da、)对上式进行二阶近似可得(x' = Xp1 + rx cos αλ - (Δη + \) cos Qi1 + (Δα, + dax )r, sin Or1 [_y' = ypx + rx sin Qf1 - (Arl + drx )sina, — (Aor1 + dax )rx cos axβ = Υ, H'(k)R-1 (k)H(k)X H'(k)R~] (k)Z(k)
全文摘要
本发明公开了一种用于异类多传感器系统的误差配准方法，该技术属于雷达数据处理领域。目前，关于异类传感器网误差配准技术的研究比较少。在这些方法中，比较典型的方法是将系统误差作为一个分量扩充到目标状态方程中，即采用联合估计方法实现系统误差的估计。这种方法在具体求解时，需要准确建立目标的状态方程(在实际工程应用中，目标的真实状态往往是不可知的)，否则状态方程的失配将会直接影响估计的精度。为了有效解决实际工程应用中异类传感器网的实时误差配准问题，设计了一种基于无源定位原理的异类传感器网误差配准方法。经仿真验证，该误差配准方法适用于雷达与ESM、红外等被动传感器组网的场合，具有推广应用价值。
文档编号G01S13/06GK101984359SQ201010155760
公开日2011年3月9日 申请日期2010年4月27日 优先权日2010年4月27日
发明者周武, 宋强, 滕克难, 熊伟, 王海鹏, 董云龙 申请人:中国人民解放军海军航空工程学院