一種基于區間灰數的異步等數據率航跡關聯算法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及數據融聯算法，尤其涉及一種多傳感器異步航跡關聯算法。
【背景技術】
[0002] 在分布式多目標多傳感器跟蹤系統中，由于傳感器量測隨機誤差、目標運動規律 及數據處理方法等因素的影響，融合中心往往較難做出各目標航跡的準確關聯；另外，航跡 的異步情況(傳感器數據在時間上未對準)，又進一步增加了航跡關聯處理的復雜性。
[0003] 對此，當前的主要解決辦法是，先通過時域配準將航跡對準到統一時刻，再利用經 典的同步航跡關聯算法實現航跡配對。此類方法雖可以獲得較好的關聯效果，但是在同步 化的過程中，航跡估計值的誤差也發生了傳播，且這種傳播與濾波方程的誤差存在一定的 相關性，難以對此進行衡量。而采用最小二乘法內插或者外推法時，不僅會帶來擬合精度問 題和計算誤差，也增加了計算量。

【發明內容】

[0004] 為了克服現有技術的缺陷，本發明針對異步等數據率情況下的航跡關聯問題，公 開了一種異步航跡關聯算法。該算法以一個融合周期內的航跡文件為對象，采用區間灰數 劃分的方法定義新的航跡行為序列，通過求解在位置和速度分量上的相似度，進而得出航 跡間的灰關聯系數，再通過加權融合，得到綜合相似度，最后基于最大灰關聯準則，給出航 跡關聯結論。
[0005] 本發明的目的是通過如下技術措施來達到： (1)讀取傳感器航跡數據 假設在多目標跟蹤系統中，有多部雷達組成的多目標跟蹤系統，跟蹤公共區域內的? 批目標，各個雷達的采樣頻率相同，但開機時間不同，傳感器采樣時間流圖如圖1所示。將 來自傳感器和來自傳感器r的航跡號分別記為 巧。{1Λ …(ο 取@中的航跡I對應的序列作為參考序列，以1?中的目條航跡序列作為比較序列，則 在中尋找關聯航跡對的過程，就演變成求解序列|_$|^與序列&(^ € 1?灰關聯 度排序的問題。記航跡^與航跡Iw的狀態信息分別為
異步等速率采樣示意圖如圖1所示，航跡I與航跡^中的數據在時間上是未對準的，或 者由于時間延遲不確定，無法直接進行航跡關聯，需要進一步的處理。
[0006] (2 )航跡序列區間灰數劃分 針對異步等數據率的航跡關聯問題，本發明采用區間灰數對航跡序列進行劃分，用灰 關聯分析的思想解決異步航跡關聯問題。
[0007] 在多雷達等速率采樣情況下，由于開機時間不同或傳輸延遲的存在，來自不同雷 達的航跡的采樣點的時間標記是不同的，但在一個融合周期內多個航跡的采樣點數目是相 同的。在同一融合周期內運用區間灰數對航跡進行劃分，按照時間先后順序，將每相鄰的兩 個采樣點分別看作區間灰數的下限和上限，組成一個區間灰數。對一條航跡序列中每一個 采樣點進行變換，則可以得到區間灰數序列。對于區間灰數序列，就可以用灰關聯分析的方 法進行航跡關聯判斷了。
[0008] 以時間先后為順序，將待關聯的航跡序列相鄰的兩個采樣點分別看作區間灰數的 下限和上限，組成一個區間灰數，得到長度相同的區間灰數序列| i與\,分別記為
其中，分別為航跡^和航跡^的某個參量狀態估計序列。這樣，保證了區間灰數 劃分后的序列與航跡序列\仍具有相同的長度，不同的是區間灰數序列不再由實數 構成，而是由灰數構成。區間灰數的取值唯一，但又可以取到區間內所有可能的取值，能夠 更全面的反應航跡序列之間的相關程度。
[0009] (3)計算區間灰數距離、構建航跡序列距離差異信息矩陣 區間灰數劃分是對點的概念的一種擴展，同樣實數空間中一樣，可以定義灰數的運算。 序列\與重劃分航跡序列中元素的距離差異，實際上是區間灰數與實數的距離，這里引 用灰色系統理論中對灰數距離的描述： 對于灰數
區間灰數^與f的距離可定義為：
其中#、#與.層分別為區間灰數遂J的區間下限和上限。實數可以看作是區間灰 數的上限與下限相等時的特殊情況，距離公式同樣適用。所以區間灰數序列與在第J (序列中元素序號）個數據上的距離差異可表述為：
因此，通過計算來自雷達s的區間灰數序列§>與來自雷達r待關聯的狀態信息序列^ 在融合周期內所有采樣點上的距離，就可以得到區間灰數序列$^與11的距離差異信息。通 過該距離差異信息，以判斷區間灰數序列與雷達航跡序列的關聯程度。用^表示來自雷達 r的所有航跡的集合，則可得到距離差異信息矩陣:
(4) 求解灰關聯度 航跡I1與航跡％的灰關聯系數可定義為 -j? si·
其中Il為分辨系數，其取值越小分辨力越大，一般取A二〇.5。如果對航跡的々個指標 分別進行考察，則可以得到在各個指標上的灰關聯系數
) 將各個指標的灰關聯系數集中體現在一個值上以便于比較，稱為灰關聯度，記為 計算灰關聯度的方法這里采用平均值法，即
(5) 基于最大灰關聯準則，給出航跡關聯結論 計算出描述兩航跡間接近程度的灰關聯度之后，下一步就是如何判決兩航跡間的相似 性。為了給出航跡之間的相似性判決，需要對關聯度從大到小進行排序，選取灰關聯度最大 的作為相關聯的航跡對，即最大關聯度識別原則。&^越大，表示航跡|與%是同一條航跡 的可能性越大；反之，則更可能不是同一條航跡。
[0010] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果： ①不確定性誤差小。本發明中的關聯算法不需要經過時間配準過程，不會由于同步化 過程引入額外的不確定性誤差。
[0011] ②正確關聯率高，穩定性好。在本發明中，灰關聯分析中的數據包含了融合周期內 的所有航跡數據，灰關聯度能夠充分反映航跡間的相關性。
[0012] ③本發明中的算法對時間延遲具有良好的適應性，在時間延遲較大的情況下仍能 保持較高的關聯率，基本保持在90%以上。
【附圖說明】
[0013] 圖1是傳感器采樣時間流圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細描述。 實施例
[0015] 已知有兩部2D雷達同時跟蹤20個目標，目標采用交叉運動模型。仿真參數設定： 雷達1的測距和測角誤差分別戈
雷達2測距和測角誤差分別為
兩雷達的采樣頻率相同,采樣時間間隔為IJ ='$=〇. 5s。雷達2 比雷達1晚開機0. 4s，融合中心的采樣時間間隔=2s。采用本專利算法計算灰關聯度，對 分別來自來兩部雷達的航跡進行關聯。
[0016] 采用本發明提出的關聯算法，上述設計要求可按如下步驟實施。
[0017] (1)讀取來自兩雷達的數據 對于觀測區域內的20批目標，雷達1與雷達2各自均有20個觀測結果。航跡關聯處 理需要分別對雷達1與雷達2中每條航跡進行灰關聯度的計算。首先取雷達1與雷達2的 第一條觀測航跡，分別記為
'
' 分別表示雷達1的第一條觀測航跡序列的第m個航跡點、雷達2的第一 條觀測航跡序列的第m個航跡點。航跡文件g與;^中，采樣點的數目是相等的，但時刻未對 準，無法直接航跡關聯。下面按照本專利所述算法對航跡序列進行改寫。
[0018] ( 2 )航跡序列區間灰數劃分 將每個航跡序列每相鄰兩采樣點的數據合并，得到長度相同的區間灰數序列：
這樣，兩航跡序列具有相同的長度，具備了應用灰關聯分析的基本條件。
[0019] (3)構建航跡序列距離差異矩陣 根據式（7)計算與^的距離差異信息為 _鎖.::纖1__Γ 藤欄 用同樣的方法可以得到^|與雷達2的測量航跡的所有航跡序列的差異信息，從而得到 ^與雷達2的差異信息矩陣：
(4) 加權融合，求解灰關聯度 將所得到的差異信息矩陣帶入公式（9)、（10)可以得到雷達1的第一個測量航跡序列 與雷達2的灰關聯度 ={0. 999,0. 361,0. 515,0. 482,0. 706,0. 419,0. 436,0. 584,0. 369,0. 339,0. 466, 0. 656,0. 535,0. 339,0. 628,0. 479,0. 555,0. 478,0. 635,0. 411} (17) (5) 基于最大灰關聯準則，給出航跡關聯結論 f所表示的是雷達1中的一個航跡序列與雷達2所有航跡序列集合的灰關聯度。其數 值的大小表示的是航跡間相關聯程度的大小。對于上面求得的P，將其按從大到小進行排 列，顯然第一個數值最大，即我們判定雷達1中第一條觀測航跡與雷達2的標號為1的航跡 為關聯航跡對。這與假設相符，結論正確。判斷雷達1中其他測量航跡在雷達2中的相關 聯航跡，則重復步驟（1)至（5)即可。
【主權項】
1. 一種基于區間灰數的異步等數據率航跡關聯算法，是一種航跡關聯算法，其特征是： 按照時間先后順序，將待關聯航跡的某個參量狀態序列相鄰的兩個采樣點分別看作區間灰 數的下限和上限，組成一個區間灰數，使待關聯航跡的某個參量狀態序列轉換為長度相同 的區間灰數序列，然后再通過計算區間灰數距離、構建航跡序列距離差異信息矩陣、求解灰 關聯度，給出關聯結論。2. 根據權利要求1所述的基于區間灰數的異步等數據率航跡關聯算法，所述的求解灰 關聯度是：采用平均值法計算灰關聯度。3. 根據權利要求1所述的基于區間灰數的異步等數據率航跡關聯算法，所述的給出關 聯結論是：采用最大灰關聯度準則，取最大灰關聯度所對應的航跡作為關聯航跡。
【專利摘要】本發明公開了一種基于區間灰數的異步等數據率航跡關聯算法，是一種傳感器航跡異步關聯算法。該算法按照時間先后順序，將待關聯航跡的某個參量狀態序列相鄰的兩個采樣點分別看作區間灰數的下限和上限，組成一個區間灰數，使待關聯航跡的某個參量狀態序列轉換為長度相同的區間灰數序列，然后再通過計算區間灰數距離、構建航跡序列距離差異信息矩陣，求解灰關聯度，最后給出關聯結論。該算法不確定性誤差小、正確關聯率高、穩定性好，解決了異步等速率情況下的傳感器航跡關聯問題。
【IPC分類】G06F19/00, G01S13/66
【公開號】CN105303012
【申請號】CN201410271522
【發明人】衣曉, 韓健越, 張懷巍, 趙志勇, 關欣, 孫貴東
【申請人】衣曉
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2014年6月17日