雷达组网系统的空间配准方法技术方案

本发明专利技术提出一种雷达组网系统的空间配准方法，主要解决现有雷达组网系统信号融合时空间配准的能量损失较大、配准效果不佳问题。其技术方案是：1)设定监视区域，选定监视区域中心点作为初始栅格单元的中心点；2)根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达；3)计算所述各雷达在所述中心点处形成的初始空间分辨单元信息；4)计算所述各雷达初始空间分辨单元的融合区域的协方差矩阵；5)计算初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵；6)根据初始栅格单元对监视区域进行栅格划分；7)将划分出的网格单元分别对应到各雷达的接收通道和距离单元，完成空间配准。本发明专利技术能量损失小，性能优异，可用于目标检测中的信号融合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，具体的说是一种雷达组网系统的空间配准方法，可用于目标检测中的信号融合。
技术介绍
雷达组网系统的信息融合是雷达领域的热点问题。雷达组网系统的信息融合分为三个层次：航迹融合、判决融合和信号融合，信号融合的难度最大，但其能够提高雷达对目标的检测性能。雷达组网系统进行信号融合的前提是雷达组网系统内各雷达的信号能够在空间中配准，但由于各雷达观察警戒模式不同、位置不同、雷达参数不同以及所处环境不同等因素，导致对雷达组网系统内各雷达接收信号成功进行空间配准有较大的难度。实际上，空间配准问题几乎成了信号融合检测领域普遍回避的问题，大部分信号融合的研究都是在假设各雷达站信号已经完成空间配准的条件下进行的。已有的空间配准方法主要分为两类：离线处理和在线处理。离线处理方法以解决传感器系统偏差为主要目的。离线处理方法主要包括：最小二乘法、广义最小二乘法、最大似然法和精确极大似然估计等。在线处理方法主要用于实时估计系统偏差，能较好的表现复杂环境、噪声影响及特殊运动状态下的误差动态变化，具有更好的灵活性和适用性。在线处理方法主要包括：基于卡尔曼滤波算法、改进的卡尔曼滤波算法以及序贯卡尔曼滤波算法。上述已有的空间配准方法中，离线处理方法仅适用于固定误差因素，对非固定误差因素无法给出有效评测；在线处理方法尽管灵活性强，但操作不够简便，不利于工程应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种雷达组网系统的空间配准方法，以解决上述现有技术操作复杂和不能对非固定误差因素进行有效评测的不足，实现雷达组网系统内信号融合时的空间配准。本专利技术对于一个包含多部雷达的雷达组网系统，其进行空间配准的技术方案包括如下：1)设定雷达组网系统的监视区域，选定监视区域中心点作为初始栅格单元的中心点；2)根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达；3)计算雷达组网系统内各雷达在监视区域中心点处形成的初始空间分辨单元信息以及初始栅格单元中心点相对于指向监视区域的各雷达的方位角θi和俯仰角其中1≤i≤N,N表示所述指向监视区域的雷达总数；4)将每个雷达的初始空间分辨单元近似为椭球形状，计算该椭球区域的协方差矩阵Ci，其中1≤i≤N,N表示所述指向监视区域的雷达总数；5)计算初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵P；5a)根据各椭球区域的协方差矩阵Ci，计算各椭球相交区域的协方差矩阵C：C=(Σi=1NkiCi-1),Σi=1Nki=1,0≤ki≤1]]>其中，(·)-1表示矩阵求逆运算，ki表示所述指向监视区域的第i部雷达对应的椭球区域的协方差矩阵的权重系数，ki的取值依据行列式最小准则确定；5b)对各椭球相交区域的协方差矩阵C进行特征值分解，C＝VDV-1，得到特征值矩阵D和特征向量矩阵V；根据特征值矩阵D得到初始栅格单元的大小为：D‾=2mD]]>其中，的对角线元素表示初始栅格单元三维尺寸，m表示松弛因子，m的取值由雷达参数和布站情形确定；5c)根据特征向量矩阵V的正交特性，将C＝VDV-1变换为：C＝(V-1)TDV-1，得到初始栅格单元对应的旋转矩阵为：P＝V-1；6)根据初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵P，将监视区域划分为E个格网单元；7)完成空间配准：根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的角度关系，将每个格网单元对应到该雷达的接收通道；根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的距离关系，将每个划分出的格网单元对应到该雷达的距离单元；将雷达的回波信号放入对应的格网单元完成空间配准。本专利技术方法根据多源信息融合理论，对多部雷达在监视区域中心的初始分辨单元的相交区域拟合得到初始栅格单元，并利用初始栅格单元对监视区域划分成格网，能够完成组网雷达系统空间配准的要求，与传统航迹起始方法相比能够保证在监视区域中能量损失较小。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图说明图1是本专利技术的实现流程示意图；图2是本专利技术仿真使用的雷达布站示意图；图3是在松弛因子m＝2/3时，用本专利技术仿真4部雷达在栅格划分后的监视区域能量损失示意图；图4是在松弛因子m＝1时，用本专利技术仿真4部雷达在栅格划分后的监视区域能量损失示意图；图5是在松弛因子m＝3/4时，用本专利技术仿真4部雷达在栅格划分后的监视区域能量损失示意图；图6是在松弛因子m＝1/2，时用本专利技术仿真4部雷达在栅格划的分后监视区域能量损失示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参照图1，本专利技术的实现步骤如下：步骤1，设定监视区域，并选取初始栅格单元中心点。设定雷达组网系统的监视区域，并选定所述监视区域的中心点作为初始栅格单元的中心点，所述初始栅格单元用于对所述监视区域进行栅格化分，本实例中，取初始栅格单元中心点坐标为(50,50)km。步骤2，初始化雷达参数，判断出指向监视区域的雷达。初始化雷达组网系统内的雷达参数，并根据雷达参数中当前时刻雷达发射波束的方位角和俯仰角确定指向监视区域的雷达，其中，所述雷达参数至少包括雷达站的坐标，雷达的距离分辨率，雷达的方位角分辨率，雷达的俯仰角分辨率，雷达接收通道的方位角和俯仰角以及当前时刻雷达发射波束的方位角和俯仰角。步骤3，计算每部指向监视区域的雷达的初始空间分辨单元信息，及初始栅格单元中心点相对于指向监视区域的各雷达的方位角和俯仰角。计算初始空间分辨单元信息具体表现为计算初始空间分辨单元的大小，为了简化计算，将雷达在监视区域中心点处形成的初始空间分辨单元近似为长方体。3.1)设初始空间分辨单元的长方体中心与雷达站的距离为r，该长方体在距离维上的长度为a＝Δr，在方位维上的长度为b＝rΔθ，在俯仰维上长度为其中，r通过距离计算公式得到，Δr、Δθ和分别为已知的雷达距离分辨率、方位角分辨率和俯仰角分辨率，本实例中，采用二维雷达进行仿真，取距离分辨率Δr＝150m，方位角分辨率Δθ＝π/180；3.2)根据初始栅格单元中心点坐标和雷达位置坐标即可计算出初始栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达组网系统的空间配准方法，所述雷达组网系统内包含多部雷达，其实现步骤包括如下：1)设定雷达组网系统的监视区域，选定监视区域中心点作为初始栅格单元的中心点；2)根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达；3)计算雷达组网系统内各雷达在监视区域中心点处形成的初始空间分辨单元信息以及初始栅格单元中心点相对于指向监视区域的各雷达的方位角θi和俯仰角其中1≤i≤N,N表示所述指向监视区域的雷达总数；4)将每个雷达的初始空间分辨单元近似为椭球形状，计算该椭球区域的协方差矩阵Ci，其中1≤i≤N,N表示所述指向监视区域的雷达总数；5)计算初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵P；5a)根据各椭球区域的协方差矩阵Ci，计算各椭球相交区域的协方差矩阵C：其中，(·)‑1表示矩阵求逆运算，ki表示所述指向监视区域的第i部雷达对应的椭球区域的协方差矩阵的权重系数，ki的取值依据行列式最小准则确定。5b)对各椭球相交区域的协方差矩阵C进行特征值分解，C＝VDV‑1，得到特征值矩阵D和特征向量矩阵V；根据特征值矩阵D得到初始栅格单元的大小为：其中，的对角线元素表示初始栅格单元三维尺寸，m表示松弛因子，m的取值由雷达参数和布站情形确定；5c)根据特征向量矩阵V的正交特性，将C＝VDV‑1变换为：C＝(V‑1)TDV‑1，得到初始栅格单元对应的旋转矩阵为：P＝V‑1其中(·)Τ表示矩阵的转置运算；6)根据初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵P，将监视区域划分为E个 格网单元；7)完成空间配准：根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的角度关系，将每个格网单元对应到该雷达的接收通道；根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的距离关系，将每个划分出的格网单元对应到该雷达的距离单元。...

【技术特征摘要】
1.一种雷达组网系统的空间配准方法，所述雷达组网系统内包含多部雷达，其实现步骤包括如下：
1)设定雷达组网系统的监视区域，选定监视区域中心点作为初始栅格单元的中心点；
2)根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达；
3)计算雷达组网系统内各雷达在监视区域中心点处形成的初始空间分辨单元信息以及初始栅格单元中心点相对于指向监视区域的各雷达的方位角θi和俯仰角其中1≤i≤N,N表示所述指向监视区域的雷达总数；
4)将每个雷达的初始空间分辨单元近似为椭球形状，计算该椭球区域的协方差矩阵Ci，其中1≤i≤N,N表示所述指向监视区域的雷达总数；
5)计算初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵P；
5a)根据各椭球区域的协方差矩阵Ci，计算各椭球相交区域的协方差矩阵C：
其中，(·)-1表示矩阵求逆运算，ki表示所述指向监视区域的第i部雷达对应的椭球区域的协方差矩阵的权重系数，ki的取值依据行列式最小准则确定。
5b)对各椭球相交区域的协方差矩阵C进行特征值分解，C＝VDV-1，得到特征值矩阵D和特征向量矩阵V；
根据特征值矩阵D得到初始栅格单元的大小为：
其中，的对角线元素表示初始栅格单元三维尺寸，m表示松弛因子，m的取值由雷达参数和布站情形确定；
5c)根据特征向量矩阵V的正交特性，将C＝VDV-1变换为：C＝(V-1)TDV-1，得到初始栅格单元对应的旋转矩阵为：P＝V-1其中(·)Τ表示矩阵的转置运算；
6)根据初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵P，将监视区域划分为E个格网单元；
7)完成空间配准：
根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的角度关系，将每个格网单元对应到该雷达的接收通道；
根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的距离关系，将每个划分出的格网单元对应到该雷达的距离单元。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2)中根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达，是对雷达组网系统内每个雷达分别作判别，根据监视区域中心点坐标和雷达位置坐标计算出监视区域中心相对于该雷达的方位角ɑ和俯仰角β，若ɑ、β分别在该雷达当前时刻发射波束的方位、俯仰角度范围内，则将该雷达归为指向监视区域的雷达。
3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：周生华，刘宏伟，洪浪，但晓东，纠博，严俊昆，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61