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1、一种分布式多雷达航迹数据融合系统李永宁,游志胜,聂建荪,杨红雨(四川大学图形图象研究所,成都610064)摘要:有效利用多传感器信息,扩大和提高系统监测目标的能力是包括空中交通管理在内的众多领域需要的重要技术.作者在设计和实施的一个分布式多雷达信息融合系统中,提出了一种适用于线性扫描方式显示输出的水平带状空域划分时空对准方案和多信息多层次目标航迹关联融合方法.给出了系统设计的关键技术和算法.关键词:多传感器信息融合;航迹关联;航迹跟踪;多雷达数据处理;分布式系统中图分类号:V355.1文献标识码:A1引言随着现代科学技术的飞速发展,无论是军事还是民用领域中的信息处理系统,都迫切需要多个传感器提
2、供的多重信息,而不再满足于仅仅依靠单一传感器提供的信息.为此,从20世纪70年代起,一个新的学科———多传感器信息融合(Multi2sensorDataFusion)迅速发展起来,并在各个领域中得到广泛的应用.民航空中交通管理中的多雷达数据融合系统就是一个实例.单一的雷达提供的飞行物信息的准确性和完备性受各种固有和随机的影响而不可能得到保证,因此,在空中交通管理系统中使用多部雷达,对多个信息源的数据实现合理的信息融合,就能够有效地提高对飞行目标监测质量和系统的稳健性(Robustness);同时,有效地扩大了雷达监测空间.多雷达数据融合系统主要分两类:集中式处理系统和分布式处理系统.集中式结构
3、将各本地雷达的点迹信息集中到多雷达处理中心,进行数据对准、点迹相关、数据互联、航迹滤波、预测与综合跟踪.这种结构的最大优点是信息损失小,但数据相关比较困难,并要求系统必须具备大容量的能力,计算负担重,系统的生存能力也较差.分布式的特点是:先由各自的本地雷达数据处理器进行航迹跟踪,产生本地雷达航迹,然后送至多雷达融合中心;由中心完成航迹关联和融合,形成多雷达融合航迹.这类系统的应用很普遍,例如在军事C3I系统和民航空中管制系统中.它不仅具有局部独立跟踪能力,而且还有全局监视和评估能力;系统的造价相对较低;且有较强的生存能力.目前民航空管系统的现状是:一个管制中心往往具有多个独立的异地雷达或雷达数
4、据源(外地引入),这些信号源中,有未跟踪过的点迹,也有跟踪过的本地航迹,因而,非常适合采用分布式多雷达数据融合系统,充分有效地利用现有信息资源.我们根据实际需要,设计并实现了一种基于线性扫描方式显示的分布式多雷达航迹融合系统;提出了水平带状空域划分时空对准方案和多信息多层次目标航迹关联融合方法;该系统经民航多处实际运行表明,系统的设计是合理而有效的.我们给出了整个系统的处理流程和算法.2系统数据处理算法概述系统数据处理主要由4部分组成.它们依次为:雷达数据预处理、航迹时空对准、航迹关联、航迹数据融合.融合形成的系统航迹提供系统显示.(1)雷达数据预处理:系统连接了不同地理位置、类型各异的雷达,
5、它们可分为具有航迹跟踪处理和没有这种处理功能的两类.后者只输出原始目标点迹而没有目标航迹数据.因此,对于这类雷达的输入数据需作航迹跟踪处理,得到该雷达的本地航迹数据.另外,还需对各本地航迹进行正北校正和坐标变换,以修正原雷达坐标方向偏差,同时将位置数据变换到统一的系统坐标上.(2)时空对准:由于本地雷达各自有不同的扫描周期和同步时钟.除了一个统一的坐标空间外,还需要有一个统一的时间基准,把所有航迹数据中的运动学参数都在时间轴上移动到一个周期性的时间点上.这是下面的航迹关联和融合处理所必需的.(3)航迹关联:本地雷达相互有共同的覆盖区,一个目标会在多个雷达航迹数据中出现.航迹关联就是要准确找出这
6、些属于同一目标的本地航迹.(4)航迹融合:将相互关联的本地航迹的各种数据融合起来,形成一个航迹数据.这个航迹称为系统航迹.这要求采用最佳的融合算法,减小原本地航迹的估计误差,得到更加优化的系统航迹数据.3坐标变换和系统时空对准输入多雷达系统的本地雷达是相互独立的,它们不仅物理位置不同,而且有各自的扫描周期,互不同步.要实现数据的融合,必需将所有数据变换到一个统一的时间和空间上.首先是坐标变换,它将本地雷达数据的坐标转换到统一的系统坐标,常用的地球地理坐标(经纬度坐标)是一个合理的选择.与经纬度坐标之间的变换公式对如下.(1)直角坐标→经纬度坐标直角坐标4·R+H·x()tg(λ-λ0)=(1)
7、[4·(R+H)2-x2-y2]·cosφ0-y·sin(λ-λ0)H)·y·sinφ04·(R+tgφ=(2)x·cosφ0+tgφ0·cos(λ-λ0)当x=0时,有4·R+H·y()λ=λ0,sin(φ-φ0)=(2)经纬度坐标→直角坐标(3)4·(R+H)2+y22·cosφ·sin(λ-λ0)x=1+sinφ·sinφ0+cosφ·cosφ0·cos(λ-λ0)(4)2·(R+H)·[s
