基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于传感器数据处理领域，适用于无源被动传感器测向交叉定位系统对多 目标跟踪过程中虚假交叉点的去除。
【背景技术】
[0002] 无源定位系统隐蔽性能好、抗干扰能力强、作用距离远，最常用的一种无源定位方 法是利用辐射源的角度量测信息进行目标的定位，而测向交叉定位是多站无源定位的主要 方式之一，能够有效对抗干扰。被动传感器根据测得的角度信息通过交叉定位来获得目标 的位置信息，但是，当该系统处在多目标环境中，就会面临严重的虚假交叉点消除问题。
[0003] 虚假交叉点由传感器与目标的相对位置决定，并且在不同的观测周期间具有某种 变化规律，对真实目标轨迹的观测造成很大的扰乱和迷惑，如何有效地去除这些虚假交叉 点，现有的方法主要有：
[0004] (1)最小距离法。这种方法理论上简单有效，但是当传感器数量较多时，计算量呈 指数增加，不适于传感器数量大于3情况下的实际应用；
[0005] (2)方位角粗关联、细关联法。该方法与最小距离法的原理相同，首先将传感器按 顺序两两对目标定位，计算定位点间的距离，保留距离和较小的点迹对应传感器量测，然后 对这些传感器量测按所有可能的两两组合对目标进行定位。该方法的弊端是，粗关联过程 舍弃部分有效的数据，虽然大大降低了计算量，但是很容易定位到虚假交叉点。
【发明内容】
[0006] 1.要解决的技术问题
[0007] 本发明的目的根据重合的交叉点在参量空间落入相同的积累单元，提出一种基于 Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，可以解决虚假交叉点消除问题中信息量 少、计算量大、定位效果差的问题。
[0008] 2.技术方案
[0009] 本发明提出的基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特征在于 包括以下技术措施：
[0010] 步骤一、测向交叉点数量、重合情况分析：通过几何三角关系计算对应目标的交叉 点的数量，这些点相互重合，分情况讨论虚假交叉点重合的情况，具体措施为：
[0011] η > 2个被动传感器跟踪m个目标，每部传感器获得多个方位角量测，传感器两两 交叉定位，最多获得个交叉点，其中对应目标的交叉点是相互重合的，虚假交叉点 大多是孤立的，但也存在重合的情况：
[0012] (I) η > m，虚假点处最大交叉点数为Ch
[0013] (2)n = m，虚假点处最大交叉点数为C,〖，并且此种情况的点只可能存在一个；
[0014] (3)n < m，虚假点处最大交叉点数为g，并且此种情况的点可能存在多个；
[0015] 步骤二、Hough变换数据处理参数初始化：根据传感器位置及目标位置，每部传感 器获得多个目标的角度量测，根据传感器的角度量测误差对参量空间的角度维进行分割， 确定分割的单元数，具体措施为：
[0016] ,为第i部传感器的位置坐标，< 为第i部传感器量测误差方差，Dij为第i部 和第j部传感器基线长度，[?...?,?为第i部传感器的方位角量测；P - Θ为Hough变换 参数空间，将个点对应曲线在积累单元投票，相应的投票矩阵为A1, Rmax为单个交叉 点在参量空间对应距离最大值，1?_为单个交叉点在参量空间对应距离最大值；Δ θ、Δ p 为ρ-θ参量空间积累单元的单元格边长，其中，Δθ = π/N0，Δρ = (Rmax-Rmin)/Np，N0 为参数Θ的分割段数，Np为参数P的分割段数，Thr为二元假设检验门限。
[0017] 步骤三、交叉定位：将传感器两两分组，根据传感器位置、传感器间基线长度及多 个目标的角度量测，获得交叉点在笛卡尔坐标系下的坐标，具体措施为：
[0018] (1)建立存储器阵列StoreQ, j);
[0019] (2)将传感器两两分组，每组具有两组数据[?),?,2,…和[?...<];
[0020] (3)两组数据各取一元素结合Dij三角定位，定位数据=彳丨，p = m2存储在存储 器阵列
【主权项】
1.基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特征包括以下步骤： 步骤一、测向交叉点数量、重合情况分析：通过几何三角关系计算对应目标的交叉点的 数量，这些点相互重合，分情况讨论虚假交叉点重合的情况； 步骤二、Hough变换数据处理参数初始化：根据传感器位置及目标位置，每部传感器获 得多个目标的角度量测，根据传感器的角度量测误差对参量空间的角度维进行分割，确定 分割的单元数； 步骤三、交叉定位：将传感器两两分组，根据传感器位置、传感器间基线长度及多个目 标的角度量测，获得交叉点在笛卡尔坐标系下的坐标； 步骤四、交叉点经Hough变换投影到参量空间，所得曲线Q在相应的积累单元进行投 票积累：根据传感器的量测误差计算积累单元距离为划分的最大单元数，使对应同一目标 点的交叉点能够落入相同的积累单元，按顺序记录每个点落入的积累单元的距离维的单元 号，得到序列k，所有交叉点对应曲线投票完毕后，记录每个序列k相应的积累值，得到序 列氏； 步骤五、双门限虚假点判决：根据积累单元积累值，消除独立的或重合数少的交叉点对 应曲线，保留的曲线根据积累单元号相似的程度，确定目标对应的曲线； 步骤六、Hough逆变换：经过步骤五后，得到有效的参量曲线，在相应存储器单元Memoiy(外，吟）中读出相应的状态数据(分，☆)，最终完成有效交叉点从参量空间到笛卡尔 空间的映射； 步骤七、与目标交叉点特性相同的虚假交叉点消除。
2.根据权利要求1所述的基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特 征在步骤一所述的测向交叉点分析为 n>2个被动传感器跟踪m个目标，每部传感器获得多个方位角量测，传感器两两交叉定 位，最多获得个交叉点，其中对应目标的交叉点是相互重合的，虚假交叉点大多是 孤立的，但也存在重合的情况： (1) n>m，虚假点处最大交叉点数为 (2)n=m，虚假点处最大交叉点数为0，并且此种情况的点只可能存在一个； (3)n〈m，虚假点处最大交叉点数为 <，并且此种情况的点可能存在多个。
3.根据权利要求1所述的基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特 征在步骤二所述的Hough变换数据处理初始化方法为 ?为第i部传感器的位置坐标，of为第i部传感器量测误差方差，为第i部和 第j部传感器基线长度，[?....<]为第i部传感器的方位角量测，P-9为Hough变换参 数空间，将<?个点对应曲线在积累单元投票，相应的投票矩阵为为单个交叉点 在参量空间对应距离最大值，1?_为单个交叉点在参量空间对应距离最大值，A0、Ap为p-0参量空间积累单元的单元格边长，其中，A0 =Ji/N0，Ap= (Rmax-Rmin)/NP，N(^ 参数0的分割段数，Np为参数P的分割段数，Thr为二元假设检验门限。
4. 根据权利要求1所述的基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特 征在步骤四所述的交叉点经Hough变换后的曲线在积累单元的积累方法为 (1) 积累单元单元数 建立假设检验： %:源于同一目标的交叉点完全对应相同的积累单元 氏：源于同一目标的交叉点不完全对应相同的积累单元 根据传感器量测误差及位置几何关系，决策门限k>Thr时源于同一目标的交叉能够 落入相同的积累单元，并据此计算积累单元的最大划分单元数#rx、; (2) 参量空间划分 将参数空间P_ 0进行划分成积累单元，P= [PDP2, ?? ?，PJ，9= [9 1，92,? ? ? ，9n]每个积累单元的中心点为：
納，NesNr、w.， (3) 建立积累单元累加器和存储器 建立积累单元累加器P(P，9)，置每一单元为〇,建立存储器阵列Mem〇ry(P，0)，置 存储单元指针为1 :Index(p，9 ) = 1 ; (4) 将交叉定位状态{Xd经过Hough变换映射到参数空间中，即把笛卡尔空间中状态 {Xd中每一个状态数据[<;<]按照以下Hough变换方程转化到参量空间
定义对应的参数曲线为C1; (5) 投票积累和状态数据存储 在曲线Q对应的积累单元进行投票，并将所处的P积累单元的单元号记录成序列Lp记录序列k的每个积累单元上的积累值成序列Hi，同时将状态数据[兮;存储在相应的 存储单元Memory(P，9 )中； (6) 重复（3)~（5)直到将所有定位点状态映射到参数空间中。
5. 根据权利要求1所述的基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特 征在步骤五所述的虚假交叉判决方法为 ⑴设定门限Thri，计算投票数〃；> 77〃;J= 1，2/V,,的数目，当数目超过一定值Q时，保 留相应的投票单元1 ; (2)再设定门限Thr2，把保留的记录单元进行比较，如果重合数Q#>Thr2，保留相应的投 票单元，否则，舍弃。
6. 根据权利要求1所述的基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，其特 征在步骤七所述的与目标具有相同特性的虚假交叉点消除方法为 交叉定位点中可能存在无法与真实目标交叉点区分的虚假交叉点，从单个观测周期无 法去除，可以根据不同观测周期顽固交叉点会发散来判别。
【专利摘要】本发明公开了一种基于Hough变换的测向交叉定位系统虚假点消除方法，该方法通过Hough变换实现大部分虚假交叉点的去除，并通过相邻周期比较去除与目标交叉点特性相同的虚假交叉点。本发明的方法步骤：（一）分析交叉定位点的数量和重合特点；（二）通过二元假设检验计算参量空间划分的最多单元数；（三）对交叉点进行Hough变换，并在相应的积累单元投票，记录积累单元号和相应的投票数；（四）建立双门限，逐步排除独立的交叉点和重合数少的交叉点；（五）通过Hough逆变换还原积累单元序列对应的交叉点状态；（六）比较相邻周期保留的交叉点，进一步消除虚假点。本发明的方法计算量小，定位准确度高，工程实现容易。
【IPC分类】G01S5-04, G01S5-02
【公开号】CN104808173
【申请号】CN201510245991
【发明人】王国宏, 盛丹, 于洪波, 谭顺成, 张翔宇, 吴巍, 孙殿星
【申请人】中国人民解放军海军航空工程学院
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月14日