专利名称：一种雷达系统误差估计方法
技术领域：
本发明涉及一种雷达系统误差估计方法，是一种利用高精度信源数据进行雷达系统误差估计的方法，用于雷达、主动声纳、光电一体化设备等二 /三维探测数据进行系统误差估计和校准，属于目标跟踪或多传感器数据融合技术领域。
背景技术：
现代跟踪与监视系统大都采用多部雷达融合跟踪以改善性能，得到更精确的目标航迹，然而实际上融合后航迹往往达不到理论精度，其中一个主要原因就是多雷达之间的误差配准问题还没有完全解决。多雷达误差配准包括系统误差估计、误差修正等步骤，其中的关键环节是系统误差估计。雷达系统误差估计主要包括两类方法，一类是利用两部雷达数据估计双方的系统误差，另一类是利用一部雷达与一部高精度信源的数据估计雷达的系统误差，一般后一类方法得到的结果更加稳定。实际使用中，雷达可以方便的利用海上监视时接收到的AIS信息或者使用协作目标上报的GPS信息进行系统误差估计。系统误差产生的原因十分复杂，包括雷达转轴偏移、安装平台倾斜、内部电器元件老化及电磁环境影响等，造成其大小随着距离和方位的不同而变化。现有的系统误差估计方法，如实时质量控制法、极大似然法、最小二乘法或广义最小二乘法等，均认为系统误差是一个全探测区域的常值函数，造成大多数情况下系统误差校准效果不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有高精度信源的雷达系统误差估计方法。该方法针对现有技术的不足，提供一种基于迭代计算的系统误差估计技术，该技术利用网格节点迭代计算及双线性插值技术得到雷达系统误差分布。目标航迹是指由同一个传感器探测到的属于同一个目标的量测数据形成的序列。 传感器，如雷达或高精度信源，对其上报的目标航迹进行编号，称此编号为目标批号，每一条目标航迹对应一个目标批号。数据关联是指利用雷达和高精度信源上报的航迹数据判定二者分别上报的目标航迹是否属于同一目标。如果属于同一目标，则这两条目标航迹的目标批号构成目标批号对。目标跟踪或数据融合系统对雷达和高精度信源进行数据关联，将得到的目标批号对存储为表，称为目标批号对照表。在执行本发明步骤前，系统已进行了数据关联，形成了雷达与高精度信源之间的目标批号对照表。本发明提供的雷达系统误差估计方法，其步骤如下
第1步网格划分
划定一块扇形区域I1覆盖
待估计系统误差的区域；D的距离范围是W)，4J, 0<do <4 ,其中距离指到雷达的距离，4为最小距离、4为最大距离，的方位角范围是[各总],其中o< A <4^360,表示与正北所成的角度；取式<4 <... <A <... << ,将距离范围划分为《份，取
,4<A<…<4. <-<Α-ι ,将方位角范围划分为《份；网格的顶点称为节点，记到雷达
距离为為，与正北所成方位为巧的节点为,存储所有节点，网格以其左上角的节点标号
作为自己的标号，如左上角为的网格记为C、,存储所有的网格； 第2步节点数据集划分
设定每个节点的支撑数据集划分方法；数据对是指时间配准后的高精度信源数据与雷达量测数据组成的对，通过划分方法判定数据对是否对的系统误差计算有贡献；划分方
法为数据对中的两个数据均满足与式的距离差不超过Δ式，与.巧的方位角差不超过Λ巧，
则属于节点^的支撑数据集，其中Δ為>0 ,Δ巧>0 ； 第3步接收目标数据
接收雷达量测数据、高精度信源数据；其中，雷达量测数据指待估计系统误差的雷达探测到的目标数据，高精度信源数据指目标自身携带的高精度定位设备，如GPS上报的数据， 或高精度雷达探测到的目标数据，如导航雷达、相控阵雷达； 第4步判定收到的数据种类
收到的如果是雷达量测数据则执行第5步，如果是高精度信源数据则执行第6步； 第5步存储收到的雷达量测数据
存储收到的雷达量测数据，按雷达上报的目标批号编制索引，返回第3步； 第6步判定高精度信源数据是否存在对应的雷达目标批号
查找目标批号对照表，如果找到第3步收到的高精度信源数据对应的雷达目标批号， 则记录此目标批号为k ,执行第7步，否则返回第3步； 第7步时间配准
数据的时刻是指该数据的产生时刻，记第6步中被判定的高精度信源数据时刻为？ ，找到目标批号&索引的雷达量测数据中，时刻与^相差最小的雷达量测数据，记为马，
其中为数据的时刻；将第6步中被判定的高精度信源数据对准到€时刻，一般可以利用其速度进行外推或二点线性插值求得；将对准后的高精度信源数据转换到雷达量测坐标系，与马组成数据对；存储并记雷达目标批号1在！时刻的数据对为高精度
信源数据，方差为= (%/， 2)，雷达量测数据Bt = {_(豹,方差为
;其中、取雷达标称精度(rms)，σ々、σ#由高精度信源标称精度 (RMS)转至雷达量测坐标系求得；记对准后的高精度信源数据在坐标系《中的矢量表亍为 Z2 ,方差矩阵为I,在雷达量测坐标系b中的矢量表示为Xi ,方差矩阵为^ ,其中力高精度信源标称精度(RMS)的平方作为对角线元素形成的对角阵；记坐标系《到坐标系 的矢量转换函数为F,即不=HD，那么芬=numxjf ,其中ηχ)为函数f在Xa处的雅可比矩阵，(i '(Ia)f为它的转置矩阵，c^ictW取中对应的对角线元素开方
可得；
第8步计算新的雷达系统误差及其方差由第7步得到的数据对计算得
权利要求
1.一种雷达系统误差估计方法，其特征在于其步骤如下 第1步网格划分；第2步节点数据集划分； 第3步接收目标数据；第4步判定收到的数据种类收到的如果是雷达量测数据则执行第5步，如果是高精度信源数据则执行第6步；第5步存储收到的雷达量测数据；第6步判定高精度信源数据是否存在对应的雷达目标批号查找目标批号对照表，如果找到第3步收到的高精度信源数据对应的雷达目标批号，则记录此目标批号，执行第7 步，否则返回第3步； 第7步时间配准；第8步计算新的雷达系统误差及其方差； 第9步查找新数据对隶属的节点；第10步判定新数据对隶属的节点集合是否为空如果第9步得到的节点集合不为空， 则执行第11步，否则返回第3步；第11步计算节点处雷达系统误差； 第12步计算网格系统误差函数； 第13步计算待估计区域系统误差。
2.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第1步网格划分包括划定一块扇形区域D覆盖待估计系统误差的区域；β的距离范围是O <4 <4，其中距离指到雷达的距离，A为最小距离、之为最大距离，D的方位角范围是[戽，总],其中0<戽<Λ^360 ，表示与正北所成的角度；取為<4 (.. <d, <... <dm ,将距离范围划分为份，取 A<A<-<4 <-<A-! < Α,将方位角范围划分力》份；网格的顶点称为节点，记到雷达距离为為，与正北所成方位为巧的节点为巧·，存储所有节点，网格以其左上角的节点标号作为自己的标号，如左上角为 的网格记为( ,存储所有的网格。
3.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第2步节点数据集划分包括设定每个节点的支撑数据集划分方法；数据对是指时间配准后的高精度信源数据与雷达量测数据组成的对，通过划分方法判定数据对是否对-Vij 的系统误差计算有贡献；划分方法为数据对中的两个数据均满足与4的距离差不超过Δ為，与泠的方位角差不超过4 ,则属于节点巧·的支撑数据集，其中^為>0 ,Δ岛>0。
4.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第3步接收目标数据包括接收雷达量测数据、高精度信源数据；其中，雷达量测数据指待估计系统误差的雷达探测到的目标数据，高精度信源数据指目标自身携带的高精度定位设备，如GPS上报的数据，或高精度雷达探测到的目标数据，如导航雷达、相控阵雷达。
5.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第7步时间配准包括数据的时刻是指该数据的产生时刻，记第6步中被判定的高精度信源数据时刻为Λ找到目标批号&索引的雷达量测数据中，时刻与 '相差最小的雷达量测数据，记为马，其中I为数据的时刻；将第6步中被判定的高精度信源数据对准到ι时刻，一般可以利用其速度进行外推或二点线性插值求得；将对准后的高精度信源数据转换到雷达量测坐标系，与Bt组成数据对；存储并记雷达目标批号t在|时刻的数据对为(4-% ,高精度信源数据4 = (4气矛)，方差为σ/ =,雷达量测数据Bt = (d}s,矿)，方差为σ 2 = (σ^,σΑΒ2);其中、丨a取雷达标称精度(rms)，、由高精度信源标称精度 (RMS)转至雷达量测坐标系求得；记对准后的高精度信源数据在坐标系《中的矢量表示为 K ,方差矩阵为,在雷达量测坐标系b中的矢量表示为A ,方差矩阵为^ ,其中I为高精度信源标称精度(RMS)的平方作为对角线元素形成的对角阵；记坐标系《到坐标系 的矢量转换函数为i ,即石=HD ,那么^ = FXJQSJ.F'(Xjf，其中Ft(X)为函数？在12处的雅可比矩阵，(im)f为它的转置矩阵，^^、^>取瑪中对应的对角线元素开方可得。
6.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第8步计算新的雷达系统误差及其方差包括由第7步得到的数据对计算得其中为新雷达距离系统误差，为‘的方差，‘t为新雷达方位系统误差， 为4的方差。
7.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第9步查找新数据对隶属的节点包括遍历第1步存储的节点，按第2步设定的支撑数据集划分方法，判定第7步得到的数据对是否属于其支撑数据集，如果属于则记录此节点，最后存储记录的节点集合。
8.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第11步计算节点处雷达系统误差包括对第9步得到的节点集合中每一个节点计算系统误差假设节点处的距离系统误差力^方差为,距离系统误差为,方差为,如果此节点未计算过系统误差则直接赋值~ =4 , <t = ^f/ , =4j , = ；否则按如下公式迭代计算一次
9.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第12步计算网格系统误差函数包括首先遍历第9步找到的节点集合，找到所有以此集合中节点为顶点的网格集合，然后遍历此网格集合，记其中的网格内的系统误差函数为式历趵，其中rf为网格％内一点到雷达的距离，为此点方位，将网格按照估计出系统误差的顶点数分类，当顶点数为0时，此网格系统误差未知，标记系统误差函数不存在；当仅有一个时，此网格的系统误差
10.根据权利要求1所述的雷达系统误差估计方法，其特征在于所述第13步计算待估计区域系统误差包括1)输入区域坐标输入区域中待估计点的坐标，记为^历，其中d为此点到雷达的距离，於为此点方位，即雷达到此点的矢量与正北所成角度；2)判定系统误差函数是否存在查找此点所属的网格，如果此网格的系统误差函数存在，执行(13. 3)，反之执行 (13. 4)；3)输出系统误差值将(13. 1)输入的历代入(13. 2)找到的网格的系统误差函数，计算并输出系统误差值；4)输出系统误差未知。
全文摘要
一种雷达系统误差估计方法，其步骤如下(1)网格划分；(2)节点数据集划分；(3)接收目标数据；(4)判定收到的数据种类；(5)存储收到的雷达量测数据；(6)判定高精度信源数据是否存在对应的雷达目标批号；(7)时间配准；(8)计算新的雷达系统误差及其方差；(9)查找新数据对隶属的节点；(10)新数据对隶属的节点集合是否为空；(11)计算节点处雷达系统误差；(12)计算网格系统误差函数；(13)计算待估计区域系统误差。其优点在于由数据驱动的系统误差估计方法克服了雷达系统误差模型复杂，难于建立的困难，采用数值方法得到系统误差的区域分布，提高了估计精度；采用网格节点迭代计算与网格双线性函数插值，计算量小、工程实施方便；本发明可以用于岸基系统的雷达系统误差校准。
文档编号G01S7/40GK102221688SQ201110071400
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者刘颢, 肖厚, 许治华, 陈世友 申请人:中国船舶重工集团公司第七○九研究所