[發(fā)明專利]一種任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)的空間時(shí)間配準(zhǔn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010836772.4
• 申請(qǐng)日: 2020-08-19
• 公開（公告）號(hào): CN112346024A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓玉兵;叢瀟雨;盛衛(wèi)星
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/40
• 分類號(hào): G01S7/40;G01S7/42
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

1.一種任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)的空間時(shí)間配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟如下：

步驟1、將任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，建模為基函數(shù)的線性表示形式；

步驟2、參數(shù)化表示兩部獨(dú)立任意雷達(dá)之間的空間變換關(guān)系，根據(jù)各個(gè)雷達(dá)站測(cè)量得到的目標(biāo)軌跡，建立統(tǒng)一的空間和時(shí)間坐標(biāo)系下的誤差最小函數(shù)；

步驟3、對(duì)空間對(duì)準(zhǔn)參數(shù)和時(shí)間對(duì)準(zhǔn)參數(shù)交替迭代，求解誤差最小函數(shù)，估計(jì)出雷達(dá)站之間的時(shí)間和空間對(duì)準(zhǔn)參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)的空間時(shí)間配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟1所述將任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，建模為基函數(shù)的線性表示形式，具體如下：

組網(wǎng)雷達(dá)中包括A,B兩部雷達(dá)，P(t)＝[x_A(t),y_A(t),z_A(t),1]^T為雷達(dá)A在時(shí)間t測(cè)量得到的目標(biāo)坐標(biāo)，Q(t′)＝[x_B(t′),y_B(t′),z_B(t′),1]^T為雷達(dá)B在時(shí)間t′測(cè)量得到的目標(biāo)坐標(biāo)；

建立兩部雷達(dá)位置關(guān)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣的動(dòng)態(tài)模型，t時(shí)間兩部雷達(dá)的空時(shí)變換關(guān)系為：

P(t)＝H(t)·Q(t′)

t′＝s·t+Δt

其中H(t)為空間變換矩陣，該矩陣中包含旋轉(zhuǎn)和平移信息，s和Δt是時(shí)間配準(zhǔn)參數(shù)，分別為兩部雷達(dá)的時(shí)鐘尺度變換因子和時(shí)延；

在雷達(dá)探測(cè)過程中，時(shí)間t是離散的采樣時(shí)間，表示為t＝i·T，T為一個(gè)CPI的時(shí)長(zhǎng)，i為測(cè)量周期的計(jì)數(shù)，因此P(t),H(t),Q(t′)表示為P_i，H_i,Q_i′，所述Q_i′是與P_i對(duì)應(yīng)的空時(shí)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)矩陣H_i的表達(dá)式為

式中α_i,β_i,γ_i為i測(cè)量周期的旋轉(zhuǎn)角度，為i測(cè)量周期的平移向量；

將任意運(yùn)動(dòng)雷達(dá)B隨時(shí)間變化的運(yùn)動(dòng)軌跡和運(yùn)動(dòng)姿態(tài)建模為基函數(shù)的線性表示形式，所述基函數(shù)采用二階DCT基函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)的空間時(shí)間配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟2所述參數(shù)化表示兩部獨(dú)立運(yùn)動(dòng)雷達(dá)之間的空間變換關(guān)系，根據(jù)各個(gè)雷達(dá)站測(cè)量得到的目標(biāo)軌跡，建立統(tǒng)一的空間和時(shí)間坐標(biāo)系下的誤差最小函數(shù)，具體如下：

DCT變換系數(shù)Θ＝[a₀,a₁,a₂,b₀,b₁,b₂,c₀,c₁,c₂,d₀,d₁,d₂,e₀,e₁,e₂,f₀,f₁,f₂]^T參數(shù)化表示兩部獨(dú)立運(yùn)動(dòng)雷達(dá)之間的空間變換關(guān)系

式中，N是信號(hào)點(diǎn)數(shù)；同時(shí)考慮空間和時(shí)間配準(zhǔn)問題，需要配準(zhǔn)的空時(shí)變換參數(shù)包括(Θ,s,Δt)；

建立統(tǒng)一的空間和時(shí)間背景下的誤差最小函數(shù)J如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的任意運(yùn)動(dòng)組網(wǎng)雷達(dá)的空間時(shí)間配準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟3所述對(duì)空間對(duì)準(zhǔn)參數(shù)和時(shí)間對(duì)準(zhǔn)參數(shù)交替迭代，求解該誤差最小函數(shù)，估計(jì)出雷達(dá)站之間的時(shí)間和空間對(duì)準(zhǔn)參數(shù)，具體如下：

對(duì)于空間配準(zhǔn)模塊，采用梯度下降法求解空間配準(zhǔn)參數(shù)

其中，ω是下降步長(zhǎng)，D_ΘJ是J對(duì)Θ的導(dǎo)數(shù)，k是迭代次數(shù)；

采用鏈?zhǔn)椒▌t將D_ΘJ進(jìn)行分解，得到式中，是e_i對(duì)H_i的導(dǎo)數(shù)，是H_i對(duì)τ_i的導(dǎo)數(shù)，D_Θτ_i是τ_i對(duì)Θ的導(dǎo)數(shù)，式中

e_i＝H_i·Q_i′-P_i

式中為克羅內(nèi)克積，I_4×4為4×4的單位矩陣；

其中(·)_i,j表示矩陣第i行第j列的元素；

其中

建立時(shí)間配準(zhǔn)模型，根據(jù)空間配準(zhǔn)參數(shù)對(duì)雷達(dá)B測(cè)量得到的目標(biāo)軌跡進(jìn)行空間變換，得到

Q′(t′)＝H(t)·Q(t′)

其中，Q′(t′)為空間配準(zhǔn)后的雷達(dá)B得到的目標(biāo)軌跡點(diǎn)；

根據(jù)雷達(dá)A測(cè)量得到的目標(biāo)軌跡P(t)中的每一個(gè)點(diǎn)的位置，在空間配準(zhǔn)后的雷達(dá)B得到的目標(biāo)軌跡點(diǎn)Q′(t′)中找到最鄰近的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，根據(jù)N個(gè)采樣點(diǎn)得到的軌跡對(duì)，建立時(shí)間對(duì)應(yīng)模型t′＝s·t+Δt，采用最小二乘擬合方法得到最優(yōu)的時(shí)間配準(zhǔn)參數(shù)s和Δt；

將空間配準(zhǔn)模型和時(shí)間配準(zhǔn)模型交替迭代，直到代價(jià)函數(shù)J收斂，得到最優(yōu)的估計(jì)參數(shù)；

將計(jì)算得到的空間和時(shí)間配準(zhǔn)參數(shù)送入雷達(dá)信息融合中心，補(bǔ)償配準(zhǔn)誤差。