专利名称：基于目标拓扑信息的ais与雷达航迹抗差关联算法的制作方法
技术领域：
本发明属于AIS与雷达信息融合技术领域，适用于加装有静默模式AIS设备的军用舰船雷达系统。
ニ背景技术：
在雷达组网系统中，由于传感器量测随机误差、目标分布情況、目标运动规律及数据处理方法等因素的影响，融合中心往往较难做出各目标航迹的准确关联，而在传感器存在着系统误差时，又进ー步増加了航迹关联处理的复杂性。测距系统误差通常使目标航迹发生整体平移，而测方位角系统误差主要使目标航迹发生整体旋转。现有的航迹抗差关联算法如基于图像配准算法的航迹抗差关联是在两个雷达之间进行，由于两个雷达都相对于真实航迹均有旋转和平移，并且要求两个雷达的拓扑信息均相当完整，因此在实际应用中关联难度较大，正确率低。 民用船舶大部分都安装有船舶自动识别系统(automatic identificationsystem, AIS)，军用平台通过加装具有静默工作模式的AIS设备获得的民用船舶目标航迹可以认为是目标的真实航迹。利用雷达的目标拓扑信息与AIS获得的目标真实拓扑信息进行比对，实现有系统误差的雷达航迹与真实的AIS航迹的抗差关联，对后续雷达航迹配准，并上报到融合中心提高组网雷达融合的精度起到至关重要的作用。

发明内容
I.要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种基于目标拓扑信息的AIS与雷达航迹抗差关联算法。由于实际系统中雷达是存在距离和角度系统误差的，因此为了正确的关联雷达与AIS设备的航迹，必须首先消除雷达的系统误差。根据实际工程经验，雷达存在的距离系统误差和角度系统误差，使得目标量测并不准确，但各目标相对拓扑位置关系、目标航速、航向变化率、加速度、各目标相对航向并未发生改变。另外，由于不同传感器上报的目标航迹间位置关系的相似性亦存在着比较大的模糊性，而这种模糊通常可以通过构建基于上述不变信息的模糊因素集，用隶属度概念来描述，即采用隶属度来表示目标航迹信息的相似程度，以此解决航迹抗差关联问题。因而本发明主要解决在AIS与雷达航迹关联条件下，如何根据目标之间的拓扑信息利用模糊航迹关联算法实现航迹的抗差关联。2.技术方案本发明所述的基于目标拓扑信息的AIS与雷达航迹抗差关联算法，包括以下技术措施基于目标之间相对位置关系不受系统误差影响的结论，综合利用不受系统误差影响的各目标相对拓扑信息包括目标间位置关系、目标航速、航向变化率、加速度、各目标相对航向等信息构建雷达与AIS航迹之间的抗差关联模型，并采用基于模糊信息处理理论的航迹关联技术来解决目标航迹的关联问题，实现对各目标航迹的抗差关联。四

图I是目标相对拓扑信息示意图，图中设置象限数M = 8，AIS上报了 5条航迹，即目标数为5，以目标3为原点，其余四个目标到目标3的欧式距离分别为パ1，/^2，/^4，/^5 ；图2是航迹抗差关联流程图。 五具体实施例方式以下结合说明书附图对本发明作进ー步详细描述。參照说明书附图，本发明的具体实施方式
分以下几个步骤(I)AIS与雷达坐标转换AIS提供的目标船位置信息采用经度L和纬度B来表示，而由雷达获取的目标船的位置信息则采用方位角A和距离d来表示，统ー的坐标系是进行航迹关联的必要前提条件。有很多成熟的方法我们可以直接加以利用。本发明中AIS与雷达均在统ー的笛卡尔坐标系中。(2)模糊因素集的建立模糊因素集定义为U = IUpU2, ---,U1,…,り，其中U1表示对关联决策起作用的第I个目标模糊因素。由于传感器探測系统误差的影响，导致传感器上报目标航迹发生偏移，因而各目标位置间的欧氏距离不再适用于作为模糊因素。此时基于目标不变信息的模糊因素集可以包括各目标相对拓扑位置关系、目标航速、航向变化率、加速度、各目标相对航向之间的统计距离和传感器对机动反应快慢等模糊因素；由于上述因素对关联决策的影响不同，因而实际应用时需要选择在关联决策中较为重要的模糊因素，而在传感器存在系统误差情况下，各目标相对拓扑信息所形成的拓扑量间的统计距离或相关性应该是最重要的，其次是目标航速之间的统计距离，而再次可以考虑利用航向变化率的统计距离。假设AIS与雷达的航迹号集分别为Ua= {1,2, ···, nA}, Ue = {1,2, ···, nE}(I)式中，nA、nK分别为AIS与雷达上报航迹数。定义XVA: μ), e C/」为k时刻AIS获得的目标i的状态、も(Λμ), (jeUR)%k时刻雷达对目标j的状态估计，即
ix^k) = ^(k),x'A(k),yA(k),y-(幻]τ
\xJR(k I k) = [xi(k)Ji(k)Ji(k),yR(k)]为计算各因素的隶属度，首先上报目标的状态估计向量来构建航迹间的模糊因素集，以求出 U1 (I = I, 2, ...,η)。因此，这里根据三种不同的目标不变信息量来确定模糊因素。对于各目标相对拓扑信息的模糊因素，由于系统误差的存在使得雷达上报目标航迹发生旋转和平移，但不改变待关联目标与其它目标之间的相对距离以及待关联目标航向和该目标与其它目标联线之间的夹角，因而可根据这些目标之间的拓扑信息量定义该目标相对拓扑向量。以待关联目标位置为原点，该目标航向为极轴建立极坐标系，将该极坐标系方位向空间从极轴开始沿顺时针方向划分为M个象限，其它目标按照其与该待关联目标的相对位置关系落入各象限内，将落入每一象限内的各目标与待关联目标间的欧氏距离分别求和，作为该象限的相对拓扑分量。由此，定义た)、”(ん)分别表示AIS上报的第i条目标航迹以及雷达上报的第j条目标航迹在第k时刻对应的相对拓扑向量。以AIS为例，IXM维的相对拓扑向量”(た)设定如下
权利要求
1.一种基于目标拓扑信息的Ais与雷达航迹抗差关联方法，包括模糊因素集的构建与抗差关联模型的构建，以及基于模糊信息处理理论的航迹关联方法，其特征在于 (1)通过AIS与雷达上报的目标之间的拓扑关系构建航迹的模糊因素集； (2)通过建立的模糊因素集构建雷达与AIS航迹之间的抗差关联模型。
2.根据权利要求I所述的ー种基于目标拓扑信息的AIS与雷达航迹抗差关联方法，其特征在于通过AIS与雷达上报的目标之间的拓扑关系构建航迹的模糊因素集，具有如下技术特征定义K(た)、G(た)分别表示AIS上报的第i条目标航迹以及雷达上报的第j条目标航迹在第k时刻对应的相对拓扑向量;AIS中I XM维的相对拓扑向量K(A:)设定如下ねた)=[Σぺ)(た),··K(た)，…， ；,(た)]⑴ J=]5=1J=I式中，p'^ (k) = yj(x'A(k)-x'^ (k))2 + (y'A(k)-yhA (た))2表不 k 时刻 AIS 的待关联目标 i 点迹与目标is点迹间的欧氏距离，Nffl表示落入象限m中的目标数； 定义模糊因素I为(た)=l-Cor(7スた),打(た))；isUA,jeUR(2) 式中，COT(r細·品^ 对于各目标航速间的信息模糊因素，采用各目标航速间的欧氏距离，则模糊因素2为W2(^) = KW-VsW| =(( (り)2 +(夕洲)2)2-(( (り)2 +( (ん))2)2 , i^uAJ R、) 对于各目标航向变化率间的信息模糊因素，采用各目标航向变化率间的欧氏距离，则模糊因素3为
3.根据权利要求I所述的ー种基于目标拓扑信息的AIS与雷达航迹抗差关联方法，其特征在于通过模糊因素集构建雷达与AIS航迹之间的抗差关联模型，采用如下的步骤选取正态型模糊隶属度函数，基于第k个模糊因素判为两目标航迹相似的隶属度为 式中，σ 是模糊集4中因素I的展度，而τ 是调整度； 采用加权平均法进行综合评价，通过下式计算两目标航迹间的综合相似度 由此，对k时刻AIS的nA条目标航迹和雷达的ηκ条目标航迹构建以下模糊关联矩阵
全文摘要
本发明公开了一种基于目标拓扑信息的AIS与雷达航迹抗差关联算法，该技术属于AIS与雷达信息融合技术领域。现有的AIS与雷达航迹关联算法一般都假设雷达不存在系统误差，然而这是与实际情况相违背的，因而在实际工程应用中现有算法的正确航迹关联率都比较低。为了有效解决实际应用中的AIS与雷达航迹抗差关联问题，本发明给出了一种雷达系统存在系统误差的情况与AIS航迹进行关联的算法。该算法首先根据目标的拓扑关系构建了模糊因素集，然后根据模糊因素的重要性分配权重，最后给出模糊航迹关联的抗差准则以及多义性处理，并最终实现航迹的正确关联。
文档编号G01S7/40GK102707276SQ20121017555
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月23日 优先权日2012年5月23日
发明者何友, 唐小明, 朱洪伟, 熊伟, 王国宏 申请人:中国人民解放军海军航空工程学院