一種多制式傳感器的數據融合算法

摘要：為了對付現代戰爭的“四大威脅”，采用分布式、多制式傳感器組網(wǎng)對敵方目標進(jìn)行探測已經(jīng)變得十分必要，而多制式傳感器組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一是數據融合問(wèn)題。分析了三坐標雷達、兩坐標雷達和紅外探測器這三種常見(jiàn)種類(lèi)的傳感器點(diǎn)跡幾何模型，提出了一種針對這三種不同制式傳感器的數據融合算法，并在某工程中得到了成功應用。
關(guān)鍵詞：多制式；測量相關(guān)；航跡相關(guān)；數據融合

0 引言
將不同制式的傳感器采用分布式、組網(wǎng)探測的方式能夠有效對付現代戰爭的“四大威脅”。在分布式組網(wǎng)探測系統中，通常采取如下方式進(jìn)行處理：首先由各個(gè)探測器形成局部航跡；然后將航跡數據上報到上級情報中心；最后情報中心對各局部航跡進(jìn)行數據融合得到一個(gè)次優(yōu)的融合航跡。多種傳感器的目標關(guān)聯(lián)方法主要有兩種方案，一種是測量一航跡關(guān)聯(lián)方案；另一種是航跡一航跡關(guān)聯(lián)方案。
本文在此分析討論的航跡一航跡關(guān)聯(lián)算法，適用于包含有三坐標雷達、兩坐標雷達和紅外探測器這三種傳感器組成的分布式網(wǎng)絡(luò )處理系統。在該分布式處理系統中，各個(gè)探測器先各自形成獨立的局部航跡，然后將航跡數據上報到情報融合中心進(jìn)行數據融合處理并最終形成融合航跡。情報融合中心數據處理的難點(diǎn)在于有三種探測器測量值形式各不相同，除三坐標雷達的局部航跡可以提供狀態(tài)估計以外，另外兩種傳感器都僅能提供每條局部航跡對應的測量集。

1 模型建立與分析
下面以三種探測值的幾何模型為基礎定義測量一測量間的距離，在此基礎上進(jìn)一步定義了測量集一測量集間的距離，并作為航跡一航跡關(guān)聯(lián)的定量度量。通過(guò)這種處理后，航跡關(guān)聯(lián)問(wèn)題被轉化為了單純的聚類(lèi)問(wèn)題。在狀態(tài)估計上本文采用數據壓縮方式。即先用極大似然估計法從相關(guān)的多個(gè)測量數據中估計出融合點(diǎn)跡中心，最后用卡爾曼濾波器組得出最終的融合航跡。
1．1 三坐標探測器點(diǎn)跡的幾何模型
三坐標雷達的測向量為z=(r,θ,φ)，其中r為斜距，θ為方位角，φ是高低角。三坐標雷達點(diǎn)跡測量幾何模型如圖1所示。

三坐標雷達的一次測量能夠確定目標在z=(r，θ，φ)所代表的點(diǎn)的附近，因此其測量點(diǎn)跡的幾何模型為一個(gè)點(diǎn)。
1．2 兩坐標雷達點(diǎn)跡幾何模型
兩坐標雷達的測向量形如z=(r，θ，φ)，其中r為斜距，θ為方位角。兩坐標雷達點(diǎn)跡幾何模型如圖2所示。

兩坐標雷達只能探測到斜距和方位角，通過(guò)其測量只能確定目標在一個(gè)位于豎直平面內的半徑為r的圓弧附近。并且受兩坐標雷達高低角探測范圍限制，所以?xún)勺鴺死走_的測量點(diǎn)跡的幾何模型為一段弧線(xiàn)。