[發(fā)明專利]利用ADS?B數(shù)據(jù)的GM?EPHD濾波雷達(dá)系統(tǒng)誤差聯(lián)合估計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510218847.1
• 申請日: 2015-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN104849702B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 來燃;章濤;吳仁彪
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民航大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/40
• 分類號(hào): G01S7/40
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感器誤差配準(zhǔn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用ADS-B數(shù)據(jù)的GM-EPHD濾波雷達(dá)系統(tǒng)誤差聯(lián)合估計(jì)方法。

背景技術(shù)

雷達(dá)誤差一般分為兩類：隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。在多雷達(dá)融合跟蹤系統(tǒng)中，雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)已成為多雷達(dá)融合處理的先決條件，將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)的工作性能。因此需要對雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行估計(jì)，以此對雷達(dá)測量進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償，這個(gè)過程也稱為誤差配準(zhǔn)。雷達(dá)系統(tǒng)誤差包括以下幾種：雷達(dá)站點(diǎn)坐標(biāo)標(biāo)定誤差、空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差、雷達(dá)測量誤差。常用的雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)方法一般只考慮因測距、測角引起的測量誤差。現(xiàn)有的雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)方法可以歸納為離線估計(jì)方法和在線估計(jì)方法。離線估計(jì)方法是通過對一段時(shí)間的雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，從而估計(jì)出雷達(dá)的系統(tǒng)誤差，如最小二乘法及最大似然法等。在線估計(jì)方法主要是利用濾波方法實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)誤差的遞推估計(jì)，在線估計(jì)方法和離線估計(jì)方法相比具有實(shí)時(shí)誤差估計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，因此得到國內(nèi)外學(xué)者的更多關(guān)注。2006年Bar-Shalom提出利用Kalman濾波進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)的方法。2007年Herrero提出一種利用Kalman濾波實(shí)現(xiàn)目標(biāo)狀態(tài)與系統(tǒng)誤差聯(lián)合估計(jì)方法。

無論是基于數(shù)據(jù)擬合的離線估計(jì)方法還是基于濾波的在線估計(jì)方法，上述方法都需要滿足這樣一個(gè)假設(shè)：目標(biāo)狀態(tài)和觀測之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系預(yù)先已知。現(xiàn)有的方法通過最近鄰方法(NN)、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)方法(JPDA)等獲得目標(biāo)狀態(tài)和觀測之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。而對于多目標(biāo)或密集雜波場景，想要獲得準(zhǔn)確的關(guān)聯(lián)關(guān)系是十分困難的，而且錯(cuò)誤的目標(biāo)狀態(tài)與觀測之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系將會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)結(jié)果。2003年Mahler在隨機(jī)有限集理論框架下提出傳遞目標(biāo)狀態(tài)集合的后驗(yàn)概率密度的一階統(tǒng)計(jì)矩的概率假設(shè)密度(Probability Hypothesis Density，PHD)濾波理論。PHD濾波器將復(fù)雜的多目標(biāo)狀態(tài)空間的運(yùn)算轉(zhuǎn)換為單目標(biāo)狀態(tài)空間內(nèi)的運(yùn)算，可有效避免多目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)中復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)過程。2006年Vo提出了高斯混合模型PHD(Gaussian Mixture PHD,GM-PHD)濾波器，給出了線性高斯條件的PHD濾波器的封閉解形式。2012年Wenling Li等將GM-PHD濾波器用于多傳感器多目標(biāo)跟蹤中，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)狀態(tài)和傳感器系統(tǒng)誤差的聯(lián)合估計(jì)。

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)和空空、空地?cái)?shù)據(jù)鏈通信技術(shù)的發(fā)展，一種新型的航空器運(yùn)行監(jiān)視技術(shù)—廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視技術(shù)(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B)正在航空器監(jiān)視中廣泛應(yīng)用。航空器上的ADS-B機(jī)載收發(fā)信機(jī)將本機(jī)GPS(Global Positioning System)導(dǎo)航設(shè)備獲得的本機(jī)經(jīng)度、緯度、速度、時(shí)間、高度等數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)鏈對外廣播，ADS-B地面站通過接收有效空域內(nèi)航空器所發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對航空器的監(jiān)視，其定位精度即為機(jī)載GPS導(dǎo)航設(shè)備的定位精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于雷達(dá)定位精度。因此利用ADS-B進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)成為該領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。2009年Besada提出了利用ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)對空中交通管理系統(tǒng)航管雷達(dá)進(jìn)行誤差配準(zhǔn)的方法。2013年He You提出利用Kalman濾波及ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)誤差估計(jì)的方法。但到目前為止尚未發(fā)現(xiàn)利用ADS-B的概率假設(shè)密度濾波雷達(dá)系統(tǒng)誤差聯(lián)合估計(jì)方面的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用ADS-B數(shù)據(jù)的GM-EPHD濾波雷達(dá)系統(tǒng)誤差聯(lián)合估計(jì)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的利用ADS-B數(shù)據(jù)的GM-EPHD濾波雷達(dá)系統(tǒng)誤差聯(lián)合估計(jì)方法包括按順序進(jìn)行的下列步驟：

1)建立目標(biāo)的ADS-B及雷達(dá)的觀測方程的S1階段；

2)建立目標(biāo)及雷達(dá)系統(tǒng)誤差的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程的S2階段；

3)利用GM-EPHD濾波器對雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行融合估計(jì)的S3階段。

在步驟1)中，所述的建立目標(biāo)的ADS-B及雷達(dá)的觀測方程的方法是首先利用坐標(biāo)投影技術(shù)將目標(biāo)的ADS-B觀測值轉(zhuǎn)換到以雷達(dá)站位置為中心的直角坐標(biāo)系下，由于ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)的定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于雷達(dá)的定位精度，在不考慮ADS-B定位誤差的基礎(chǔ)上，建立坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)的ADS-B觀測方程，然后考慮雷達(dá)系統(tǒng)誤差，建立目標(biāo)的雷達(dá)觀測方程，為利用GM-EPHD濾波器對雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行融合估計(jì)做準(zhǔn)備。