[發明專利]一種任意運動組網雷達的空間時間配準方法

在審

• 申請號: 202010836772.4
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112346024A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 韓玉兵;叢瀟雨;盛衛星
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S7/42
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種任意運動組網雷達的空間時間配準方法。該方法步驟如下：將任意運動組網雷達隨時間變化的運動軌跡和運動姿態，建模為基函數的線性表示形式；參數化表示兩部獨立運動雷達之間的空間變換關系，根據各個雷達站測量得到的目標軌跡，建立統一的空間和時間坐標系下的誤差最小函數；對空間對準參數和時間對準參數交替迭代，求解誤差最小函數，估計出雷達站之間的時間和空間對準參數。本發明能夠在組網雷達的空間和同步關系未知的情況下，對不同空間坐標系下的測量數據進行配準，提高了信息融合后的目標跟蹤精度和跟蹤范圍。

技術領域

本發明屬于信號處理技術領域，特別是一種任意運動組網雷達的空間時間配準方法。

背景技術

雷達組網用于采集和融合多個雷達站的觀測信息，各雷達獲取的信息由中心站綜合處理。在現代戰爭中，雷達組網是對抗電子干擾的有效手段，雷達組網增強了武器系統信息互聯和生存能力。

在實際的雷達組網中，即使觀測到相同的目標，來自不同傳感器的測量也可能不同步。由于每個傳感器的任務、性能和環境不同，所采用的坐標也不同，因此測量數據不能直接融合，各雷達獲取的信息必須統一在同一時空背景下，即時空配準。

時空配準是組網雷達數據融合的前提。時空配準直接影響后續數據融合的精度，進而影響雷達網絡的性能。組網雷達的時間誤差是由多種原因引起的，包括不同的測量周期、不同的啟動時間和通信網絡中的傳輸時延。因此，時間對齊要解決的問題是將多源異步數據同步到同一時間。它保證了數據融合輸入是同一時間對同一目標的測量。此外，空間對準需要解決的問題是將不同雷達的坐標系轉換為一個共同的坐標系。由于雷達位置、姿態和測量的偏差，彈道融合存在系統誤差，還采用空間配準來估計和補償誤差。因此，對組網雷達的時空對準過程進行分析和研究具有十分重要的意義。而對于任意運動的雷達網絡，由于多雷達之間的相對位置以及姿態角度不再固定不變，其空間變換關系在不同CPI周期內是變化的。現有的對任意運動組網雷達的配準算法，都需要由全球定位系統(GPS)和慣性測量單元(IMU)提供雷達在每個采樣時刻所處的位置和姿態，并且需要組網雷達的測量值是時間同步的。當組網雷達的空間和同步關系未知時，則無法完成任意運動雷達的空時配準。因此在沒有任何先驗知識的情況下，如何設計一種任意運動的組網雷達空間時間配準方法是待解決的難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種任意運動的組網雷達空間時間配準方法，在組網雷達的空間和同步關系未知的情況下完成信息的配準。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種任意運動組網雷達的空間時間配準方法，步驟如下：

步驟1、將任意運動組網雷達隨時間變化的運動軌跡和運動姿態，建模為基函數的線性表示形式；

步驟2、參數化表示兩部獨立運動雷達之間的空間變換關系，根據各個雷達站測量得到的目標軌跡，建立統一的空間和時間坐標系下的誤差最小函數；

步驟3、對空間對準參數和時間對準參數交替迭代，求解誤差最小函數，估計出雷達站之間的時間和空間對準參數。

進一步地，步驟1所述將任意運動組網雷達隨時間變化的運動軌跡和運動姿態，建模為基函數的線性表示形式，具體如下：

組網雷達中包括A,B兩部雷達，P(t)＝[x_A(t),y_A(t),z_A(t),1]^T為雷達A在時間t測量得到的目標坐標，Q(t′)＝[x_B(t′),y_B(t′),z_B(t′),1]^T為雷達B在時間t′測量得到的目標坐標；

建立兩部雷達位置關系的旋轉矩陣和平移矩陣的動態模型，t時間兩部雷達的空時變換關系為：

P(t)＝H(t)·Q(t′)

t′＝s·t+Δt