[发明专利]雷达组网系统的空间配准方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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θ_i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C_i，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C_i，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，k_i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，k_i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；

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。

本发明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。