[發明專利]基于聯合卡爾曼濾波的多點定位數據與雷達數據融合方法

無效

• 申請號: 200910035031.X
• 申請日: 2009-09-14
• 公開（公告）號: CN101655561A
• 公開（公告）日: 2010-02-24
• 發明（設計）人: 程先峰;陳培英;胥霜霞;黃琰;楊愷;王曉峰;靳學梅
• 申請（專利權）人: 南京萊斯信息技術股份有限公司
• 主分類號: G01S13/86
• 分類號: G01S13/86;G01S13/91;G01S7/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所（普通合伙）
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種多傳感器數據融合處理方法，特別是一種基于聯合卡爾曼濾波的多點定位數據與雷達數據融合方法。

背景技術

航空器在地面上運動或在空中飛行，必須進行動態監視，實施全過程管制，以確保飛行安全。因此，在機場和航路上都安裝了各種各樣的監視傳感器，以獲得被控目標的活動態勢信息。

多傳感器數據融合處理技術是機場場面活動引導控制系統(A-SMGCS)的關鍵技術。它可以將接入系統的各種傳感器信息聯合起來，進行融合處理，以獲得目標唯一、準確、實時、有效的信息，并在終端上顯示，以幫助管制員實施場面監視和管制任務。

空管系統中常用的監視信息以航管雷達信息為主，近年來又出現了衛星定位的ADS-B信息、多點定位系統(MLAT)信息。

航管雷達包括航管一次雷達(PSR)、航管二次監視雷達(SSR)，是空中交通管制系統的傳統監視手段，也是機場正在使用的裝備，SSR的監視范圍可達400公里，PSR的監視范圍能超過100公里。由于雷達技術體系的限制，其覆蓋率、數據精度、數據更新周期等限制了對目標的跟蹤精度和實時性的提高。

多點定位系統是國外提出的一種新型的監視技術，該技術充分利用現有的機載應答機的A/C模式以及S模式，采用多點無源傳感器接收方式，根據信號到達不同地面接收站的時間差，確定飛機或其它運動目標的準確位置。同時可以通過A/C模式中的SSR代碼或者S模式唯一的地址碼對目標進行識別。多點定位系統的定位精度很高，在地面定位精度可達10米以內；它的更新周期很短，一般小于1秒。這種系統通常在機場安裝，它的覆蓋范圍不會超過機場周圍100公里。

對于五邊進近監控系統和機場場面活動監視系統而言，它們既要監視距離機場相當大范圍內的交通狀況，又要提供十分精確的目標位置信息。在機場周圍交通比較復雜且變化迅速，系統必須保證一定的更新率。航管雷達的接入可以保證系統的覆蓋范圍，而多點定位系統的接入可以保證系統的覆蓋率、更新速率和監視精度。本發明就是將兩類信息同時接入系統，進行融合處理，各取其長，獲得最好的信息效果。

目前航管監視雷達信息與多點定位系統信息進行融合處理還存在許多技術難點。

首先，航管雷達與多點定位系統的信息更新周期不同，且相差很遠，航管雷達信息更新周期4～10秒，MLAT小于1秒；而且，多點定位系統沒有穩定的周期，通常1秒內送出多次關于同一目標的信息；其次，系統要求的監視精度很高，傳統航管雷達在航路上的監視精度能夠達到幾十米即能滿足管制要求，而五邊近進監視系統和場面活動監視系統的監視精度相對要高很多，有時在地面上即使幾米的誤差也可能導致重大的安全事故，所以其監視精度需要保證在10米以內。

現有的多傳感器數據融合技術大多是針對多部航管雷達的數據融合處理，整個實現過程主要包括時空配準、航跡配對和航跡融合這幾個環節。

時空配準是由于各傳感器可能沒有統一的時間基準，所測得的目標位置數據也都是在各自本地坐標系中，為了對各傳感器數據進行融合就必須把數據轉換到統一的時空坐標系中。目前常用的時間對準技術主要有時間片技術和同采樣起點兩種方法。空間對準是將不同傳感器的局部坐標系下的目標位置，經過坐標旋轉、平移、投影等轉換處理，換算為系統中心的公共直角坐標系下的數據。

航跡配對是將由不同傳感器探測到的屬于同一目標的航跡關聯起來，各傳感器航跡可根據航跡數據中的位置、高度、速度、航跡號和飛機的3/A模式代碼或唯一標識符等信息進行匹配，進而與對應的飛行計劃相關聯，為各種管制應用的實現提供依據。在實時的多目標跟蹤過程中，同一個目標在多個傳感器上建立的量測，必定因其物理來源相同而具有某種相似特征，也必定因為雜波干擾和傳感器自身性能的不穩定，而導致這些量測數據所建立的特征不完全相同。數據關聯的目的就是用這種量測的相似特征，來判定這些特征不完全相同的量測數據是否源于同一目標。數據關聯的主要方法有最近鄰數據關聯、概率數據關聯、聯合概率數據關聯、最近鄰聯合概率數據關聯、航跡分叉法、極大似然數據關聯、0-1整數規劃法以及多假設法等等。