基于歐氏距離均值聚類的目標(biāo)聯(lián)合定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于航天測量與控制領(lǐng)域，涉及一種目標(biāo)聯(lián)合定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在飛行實驗任務(wù)中，為獲取外彈道實驗參數(shù)，須通過光學(xué)或無線電測量手段在目 標(biāo)飛行過程中獲取目標(biāo)飛行的位置、速度等運動參數(shù)。針對不同的測量要求和不同的目標(biāo) 運動特性，外彈道參數(shù)測量采用不同的測量手段和測量體制。脈沖雷達(dá)是無線電外測系統(tǒng) 的主要設(shè)備之一，它主要測得的是目標(biāo)的方位角、高低角和斜距，利用這些測量元素通過復(fù) 雜的數(shù)學(xué)運算得到外彈道參數(shù)。在跟蹤測量過程中，為得到較為可靠的數(shù)據(jù)，常采用多臺雷 達(dá)同時對飛行目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，綜合利用各測站測量數(shù)據(jù)，高精度計算出目標(biāo)運動參數(shù)。以往 較常采用最小二乘估計法，但在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理過程中經(jīng)常會碰到病態(tài)矩陣，導(dǎo)致定位結(jié)果 異常。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明結(jié)合典型聚類算法，提供一種建立基于歐氏距 離均值聚類算法的聯(lián)合定位模型，將多臺雷達(dá)設(shè)備測元信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，確定飛行目標(biāo) 的空間位置。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0005] 1)在K臺雷達(dá)聯(lián)測的k時刻，K彡2,各雷達(dá)測得且經(jīng)誤差修正后的觀測量為 (氏，化3 1)，其中，氏為斜距，41為方位角，￡1為俯仰角，測站坐標(biāo)系至發(fā)射坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩 陣為1\，測站在發(fā)射坐標(biāo)系中的坐標(biāo)向量為（ X(li，yM，Z(li)，則根據(jù)幾何關(guān)系，由第i臺雷達(dá)觀 測數(shù)據(jù)得到目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系中的位置參數(shù)為
[0006] 2)由簡單航跡融合法得到目標(biāo)位置參數(shù)的估計量

[0007] 3)計算單臺雷達(dá)定位結(jié)果到均值聚類中心的歐氏距離
[0009]4)利用模糊均值聚類算法最佳地確定各目標(biāo)位置參數(shù)間的相似性度量
[0011] 5)按照相應(yīng)的隸屬度對各目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行融合，得到融合以后的目標(biāo)位置參數(shù)
[0013] 本發(fā)明的有益效果是：當(dāng)用加權(quán)最小二乘估計法計算位置參數(shù)，出現(xiàn)病態(tài)系數(shù)矩 陣導(dǎo)致結(jié)果異常不可信的情況下，使用本方法還能得到比較滿意的結(jié)果；同時由于距離度 量具有明顯的幾何解釋，因此它具有通俗性和直覺效果，且計算模型形式簡單，是一種可供 采用的有效處理手段。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0015] 本發(fā)明采用同弧段某K臺雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)跟蹤。利用這K臺跟蹤設(shè)備測量數(shù)據(jù) 來完成運載火箭定位結(jié)果的確定。
[0016] 具體過程如下：
[0017] 1.計算目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系中的位置參數(shù)
[0018] 在k時刻，假定各雷達(dá)測得且經(jīng)各項系統(tǒng)誤差修正后的觀測量為（斜距氏，方位 角化，俯仰角ED，測站坐標(biāo)系至發(fā)射坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣為1\，測站在發(fā)射坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 向量為（xcu，yM，Zm)，目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系中的位置參數(shù)為（ Xi，yi，Zi)。則根據(jù)幾何關(guān)系，由第 i臺雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)可得到目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系中的位置參數(shù)為
[0020] 2?計算簡單航跡融合目標(biāo)位置參數(shù)
[0021] 當(dāng)K臺雷達(dá)聯(lián)測時（K彡2)，首先由各雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)RpAjPEi，按式（1)計算得 到各自的目標(biāo)在發(fā)射系中的位置參數(shù)[^^^^^，當(dāng)忽略各目標(biāo)航跡狀態(tài)估計的互 協(xié)方差時，假定各設(shè)備是等精度時，由簡單航跡融合法得到目標(biāo)位置參數(shù)的估計量
[0023] 3.計算單臺定位結(jié)果到均值聚類中心的距離（歐氏距離）
[0025] 4.計算各目標(biāo)位置參數(shù)間的相似性度量
[0026] 實際上，因各設(shè)備狀況、外部環(huán)境等多種因素，其測量精度是不相同的，由誤差傳 播定律，則計算得到的各目標(biāo)位置參數(shù)是非等精度的，同時因各目標(biāo)位置參數(shù)源于相互關(guān) 聯(lián)的同一目標(biāo)，由此利用模糊均值聚類算法最佳地確定各目標(biāo)位置參數(shù)間的相似性度量 (即隸屬度）：
[0027]
[0028] 5.計算融合后的目標(biāo)位置參數(shù)
[0029] 在數(shù)據(jù)融合情況下，按照相應(yīng)的隸屬度對各目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行融合，得到融合以 后的目標(biāo)位置參數(shù)
[0031] 以某次實驗任務(wù)某三臺雷達(dá)設(shè)備測量數(shù)據(jù)目標(biāo)定位計算為例，給出具體實施過 程：
[0032] Stepl:由經(jīng)各種誤差修正后的各雷達(dá)測量數(shù)據(jù)分別計算出目標(biāo)在發(fā)射系下的位 置參數(shù)；
[0033] Step2 :由三臺雷達(dá)的目標(biāo)位置參數(shù)計算出簡單航跡融合的目標(biāo)位置估計量；
[0034] Step3 :分別計算出單臺雷達(dá)軌跡到融合中心的距離；
[0035] Step4:根據(jù)歐氏距離利用模糊均值聚類算法最佳地確定各目標(biāo)位置參數(shù)間的隸 屬度；
[0036] Step5 :按照相應(yīng)的隸屬度對各雷達(dá)目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行融合。
[0037] 得到計算結(jié)果如下（受篇幅限制，只給出部分計算結(jié)果，其中T為相對時，單位為 秒，下同）：
[0038]
[0039]

【主權(quán)項】
1. 一種基于歐氏距離均值聚類的目標(biāo)聯(lián)合定位方法，其特征在于包括下述步驟： 1) 在K臺雷達(dá)聯(lián)測的k時刻，K彡2,各雷達(dá)測得且經(jīng)誤差修正后的觀測量為 (Ri, Ai, Ei),其中，Ri為斜距，Ai為方位角，EiS俯仰角，測站坐標(biāo)系至發(fā)射坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩 陣為Ti,測站在發(fā)射坐標(biāo)系中的坐標(biāo)向量為（X(li，yM，Z tli)，則根據(jù)幾何關(guān)系，由第i臺雷達(dá)觀 測數(shù)據(jù)得到目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系中的位置參數(shù)戈2) 由簡單航跡融合法得到目標(biāo)位置參數(shù)的估計量3) 計算單臺雷達(dá)定位結(jié)果到均值聚類中心的歐氏距離4) 利用模糊均值聚類算法最佳地確定各目標(biāo)位置參數(shù)間的相似性度量5) 按照相應(yīng)的隸屬度對各目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行融合，得到融合以后的目標(biāo)位置參數(shù)
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于歐氏距離均值聚類的目標(biāo)聯(lián)合定位方法，由各臺雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)得到目標(biāo)在發(fā)射坐標(biāo)系中的位置參數(shù)，由簡單航跡融合法得到目標(biāo)位置參數(shù)的估計量，計算單臺雷達(dá)定位結(jié)果到均值聚類中心的歐氏距離后利用模糊均值聚類算法最佳地確定各目標(biāo)位置參數(shù)間的相似性度量，按照相應(yīng)的隸屬度對各目標(biāo)位置參數(shù)進(jìn)行融合，得到融合以后的目標(biāo)位置參數(shù)。本發(fā)明計算模型形式簡單，能干有效確定飛行目標(biāo)的空間位置。
【IPC分類】G01S7/41
【公開號】CN104898104
【申請?zhí)枴緾N201510316045
【發(fā)明人】柴敏, 宋衛(wèi)紅, 王敏, 陳寧, 胡紹林, 王家松, 李永華
【申請人】中國西安衛(wèi)星測控中心
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月10日