专利名称：一种雷达组网系统误差配准方法
技术领域：
本发明属于雷达系统误差配准技术，特别是一种基于粒子群优化算法(简称PS0，英文全称为Particle Swarm Optimization)的雷达组网系统误差配准方法。
背景技术：
系统误差配准是雷达组网目标跟踪的首要问题，配准好坏直接影响到目标关联正确性和融合跟踪精度，目前主要的配准算法有四种实时质量控制法，最小二乘法，最大似然法，广义最小二乘法，这些方法主要是针对跟踪影响最大的距离偏差和方位偏差的估计与修正。实时质量控制法利用划分测域，需要从划分的区域获取大量数据来统计计算则严格限制了其应用。最小二乘法需要计算伪逆，当点迹较多时，需要占用很多空间来在存储，而且矩阵求逆时有可能是病态。实时质量控制法要求目标点迹在两雷达连线的两侧区域均匀分布，所以当目标较为稀疏时，配准精度无法保证，这一点严格限制了该算法的应用。而最大似然法，广义最小二乘法在计算上较为复杂，实际运行起来速度较慢，且当两雷达重叠域较小时，点迹较少时，无法获得准确的量测噪声方差估计，而且相对最小二乘法也并没有实现太大的性能改善。以上算法的一个共同出发点是，是将系统误差配准转换成线性函数求解，无法实现非线性的直接求解，配准精度难免有所损失。

发明内容
本发明的目的是针对多雷达信息融合中的系统误差配准，提出了一种雷达组网系统误差配准方法，解决雷达系统误差的非线性自动优化估计。本发明公开了一种雷达组网系统误差配准方法，包括如下步骤步骤(I)雷达测量目标航迹点的时空对准在最邻近时间范围内，将用于配准的不同雷达测量目标航迹点通过航迹的外推或内插得到不同雷达在同一时间点上的目标航迹位置信息；步骤(2)配准粒子初次生成设定粒子的群体规模，并根据雷达组网系统误差的估计范围，对各配准粒子的初始值在系统误差范围随机产生，同时设定粒子调整的速度；步骤(3)目标航迹点真实坐标计算假定当前配准粒子的值为雷达组网系统的真实误差，以步骤(I)中雷达测量后的观测值减去雷达组网系统的真实误差，即得到目标航迹点的真实位置坐标；步骤(4)位置偏差适应度函数计算根据各目标航迹点的真实位置坐标，计算位置偏差适应度函数，得到同一时刻的同一目标航迹点在不同雷达上真实航迹的位置偏差大小;步骤(5)最优粒子查找根据位置偏差适应度函数的计算结果，查找单个粒子不同迭代次数下，最优适应度函数值所对应的粒子值，即个体极值，查找整个种群目前最优适应度值所对应的粒子值，即全局极值；步骤(6)配准粒子迭代更新粒子通过计算位置偏差适应度函数，然后根据设定的位置偏差阈值和最大迭代次数判断是否需要进行迭代计算，位置偏差阈值取值为大于O的实数，值越小对应计算精度的要求越高；最大迭代次数取值范围为大于I的自然数，次数越大，计算结果越精确。需要迭代时，通过跟踪个体极值和全局极值来更新，不需要迭代时，则返回全局极值，即得到最优估计的雷达组网系统误差值，实现雷达组网系统误差的配准。门限也可称终止条件，若适度函数值小于该门限，则表明满足该终止条件的最优解已经找至IJ，停止搜索；若适度函数值大于该门限，则继续若迭代次数达到最大迭代次数，仍未满足终止条件，此时返回当前最优值Gq作为最优估计，并停止搜索，避免进入死循环。本发明中，所述雷达组网系统误差包括测距系统和测向系统误差。本发明步骤(I)中用于配准的不同雷达测量目标航迹点数量最小应大于2，通过二维坐标计算，最少能构成4个等式，来求解两个雷达配准时的4个未知数。本发明步骤(I)中用于配准的雷达测量目标航迹点预先进行滤波处理。本发明步骤(I)中，预先将所述雷达测量目标航迹点从极坐标转换到以雷达组网系统中心为原点的直角平面坐标系，转换方法如下
权利要求
1.一种雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤(I)雷达测量目标航迹点的时空对准在最邻近时间范围内，将用于配准的不同雷达测量目标航迹点通过航迹的外推或内插得到不同雷达在同一时间点上的目标航迹位置信息； 步骤(2)配准粒子初次生成设定粒子的群体规模，并根据雷达组网系统误差的估计范围，对各配准粒子的初始值在系统误差范围随机产生，同时设定粒子调整的速度； 步骤(3)目标航迹点真实坐标计算假定当前配准粒子的值为雷达组网系统的真实误差，以步骤(I)中雷达测量后的观测值减去雷达组网系统的真实误差，即得到目标航迹点的真实位置坐标； 步骤(4)位置偏差适应度函数计算根据各目标航迹点的真实位置坐标，计算位置偏差适应度函数，得到同一时刻的同一目标航迹点在不同雷达上真实航迹的位置偏差大小； 步骤(5)最优粒子查找根据位置偏差适应度函数的计算结果，查找单个粒子不同迭代次数下，最优适应度函数值所对应的粒子值，即个体极值，查找整个种群目前最优适应度值所对应的粒子值，即全局极值； 步骤(6)配准粒子迭代更新粒子通过计算位置偏差适应度函数，然后根据设定的位置偏差阈值和最大迭代次数判断是否需要进行迭代计算，位置偏差阈值取值为大于O的实数，最大迭代次数取值为大于I的自然数；需要迭代时，通过跟踪个体极值和全局极值来更新，不需要迭代时，则返回全局极值，即得到最优估计的雷达组网系统误差值，实现雷达组网系统误差的配准。
2.根据权利要求I所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，所述雷达组网系统误差包括测距系统和测向系统误差。
3.根据权利要求I所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(I)中用于配准的不同雷达测量目标航迹点数量大于2。
4.根据权利要求I所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(I)中用于配准的雷达测量目标航迹点预先进行滤波处理。
5.根据权利要求2所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(I)中，预先将所述雷达测量目标航迹点从极坐标转换到以雷达组网系统中心为原点的直角平面坐标系，转换方法如下XfiRf^COS 9 fi+X〇i， Yfi — RfiSin 9 fi+Yoi 其中Xtli和Ytli为雷达i的坐标，Rfi和0 fi为目标航迹点极坐标，Xfi和yfi为转换后目标航迹点的直角平面坐标。
6.根据权利要求5所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(I)中，雷达测量目标航迹点的时空对准的方法如下 采用线性内插外推法对要求时间点上目标航迹点坐标进行提取，假设对准时刻为t，首先判断当前航迹最新时间是否大于阈值t，若大于阈值t，采用内插的方式，若不大于阈值t，则采用外推的方式； 选取邻近时间t的时间h和t2，则目标航迹点的坐标分别为气，八和'，力，内插时满足tj < t < t2,夕卜推时满足h < t2 < t,时间t对应的坐标xt, yt表示为
7.根据权利要求6所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(2)中，配准粒子初始值Xq是以雷达i和雷达j的测距系统和测向系统误差的向量，为Xq = [ARiq, A 0 iq, A Rjq, A 0 Jq], q = l，2 — m, 对应粒子调整的速度vq为， Vq — [ViRq，Vi 0 q，VjRq，Vj 0 q，]，Q — I，2... III， 其中m为粒子的种群数，A Riq, A 0 iq, A Rjq, A 0 Jq分别为雷达i和雷达j的测距系统和测向系统误差，viKq，Vieq和Vw Vjeq为对应ARiq，A 0 iq, A Rjq, A 0 的粒子调整速度。
8.根据权利要求7所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(3)中，雷达i目标航迹点的真实位置坐标Xti，Yti计算方法如下
9.根据权利要求8所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(4)中，雷达i与雷达j的位置偏差适应度函数Fitness计算方法如下
10.根据权利要求9所述的雷达组网系统误差配准方法，其特征在于，步骤(6)中，配准粒子通过两个极值来更新当前的配准粒子初始值Xq和对应粒子调整的速度V,，更新方法如下Vq=Wq V^c1XrandO X (Pq-Xq) +c2 X rand () X (Gq-Xq), Xq = Xq+Vq， 其中Pq是个体极值，Gq是全局极值，Cl，C2是学习因子，取值范围0 1之间的实数，w,为惯性权重，取值范围(Tl之间的实数，randO函数用于随机产生(Tl的实数。
全文摘要
本发明公开了一种雷达组网系统误差配准方法。该方法首先将不同雷达对同一目标的观测值，转换成统一的平面直角坐标，采用内推外插对目标航迹进行时间对准，然后根据不同雷达探测的目标真实值应相等的原理，构建适应度函数，利用PSO算法对系统误差进行求解，实现雷达组网各雷达系统误差的快速、精确求解。本发明只需设定雷达系统误差范围和航迹观测值，不需要对求解过程进行了解，可以当成黑盒，构建目标优化等式时，没有忽略二阶项，这是传统的最小二乘法等算法不能做到的，同时也不存在病态矩阵求逆，而导致无法求解的情况。具有全局、非线性搜索能力的PSO算法能够实现雷达系统误差的快速求解，可应用于雷达组网的信息融合处理系统。
文档编号G01S7/40GK102680955SQ20121018940
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月8日 优先权日2012年6月8日
发明者徐欣, 朱霞, 王晓璇, 贺成龙 申请人:中国电子科技集团公司第二十八研究所