專利名稱：一種基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種航跡相關(guān)判決的計算方法，尤其涉及一種以拓撲序列為特征進行匹配的高效計算方法，屬于多傳感器組網(wǎng)航跡相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多傳感器組網(wǎng)探測情況下，目標的狀態(tài)信息是存在大量冗余的。在提供給用戶的探測結(jié)果中，必須把這些冗余的信息消除，給出一個全局唯一的目標狀態(tài)。該狀態(tài)不但要具有唯一性，還應(yīng)該結(jié)合了所有傳感器的探測信息，是一個優(yōu)化后的結(jié)果。消除冗余的過程就是數(shù)據(jù)融合(data fusion)過程。要實現(xiàn)狀態(tài)信息的融合，首先需要判斷來自不同雷達的目標狀態(tài)信息是否對應(yīng)同一個目標，我們把這個判斷過程稱為航跡相關(guān)(track correlation)。航跡相關(guān)的效率和正確性是多傳感器組網(wǎng)應(yīng)用中的核心問題。人們通過長期的研究，總結(jié)出統(tǒng)計相關(guān)法和模糊判別法兩大類方法，通過對航跡歷史數(shù)據(jù)的分析得到目標關(guān)聯(lián)與否的判決。針對異類傳感器，特別是主動和被動傳感器間的航跡關(guān)聯(lián)，人們也給出了兩類方法。1)統(tǒng)計類方法以假設(shè)檢驗為基礎(chǔ)。當兩條不同傳感器的航跡屬于同一個目標時，它們狀態(tài)的差異可以用高斯白噪聲來建模，從而構(gòu)造檢驗子用于判斷假設(shè)是否符合。2)模糊類方法以模糊數(shù)學方法對目標狀態(tài)進行建模，通過多個模糊函數(shù)的綜合，給出最終的判決結(jié)果。統(tǒng)計法和模糊法對傳感器存在系統(tǒng)誤差時，都有性能急劇下降的問題。拓撲序列法是近期提出的一種新方法，它以目標的鄰居位置為參考，構(gòu)造出特殊的目標特征，通過統(tǒng)計量的判決同樣完成了航跡相關(guān)任務(wù)。拓撲序列法屬于統(tǒng)計法，只是以目標的鄰居位置構(gòu)造了拓撲序列作為匹配的對象，使它具有了抵抗系統(tǒng)誤差的優(yōu)良性能。但是在實踐中發(fā)現(xiàn)， 拓撲序列法為了抵抗系統(tǒng)誤差，所采用的角度微調(diào)方法耗費很多計算時間，對算法的實時性非常不利。而且角度微調(diào)的步進量也是難于確定的算法常數(shù)，步進量的選取必須在計算時間與計算性能間做折中，完全靠經(jīng)驗選取。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明針對拓撲序列航跡相關(guān)方法存在的缺陷，而提出一種基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法，它是拓撲序列的補充和完善，使拓撲序列法具備了良好的計算性能和相關(guān)性能。技術(shù)方案本發(fā)明提出的基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法是利用不同傳感器形成的目標拓撲序列，在距離較遠情況下具有相似變換關(guān)系的特征，構(gòu)造了高效的匹配計算方法，使拓撲序列法在抵抗系統(tǒng)噪聲時具備了實時計算的能力。該方法包括如下步驟
I .證明存在系統(tǒng)誤差情況下，不同傳感器形成的目標拓撲序列具有相似變換關(guān)系 以單個傳感器的目標空間位置信息為基礎(chǔ)，形成每個參考目標的拓撲序列，在傳感器存在系統(tǒng)誤差時
1)、當目標距離傳感器有足夠的距離時；2)、當系統(tǒng)誤差的值與隨機誤差相當時；
不同傳感器形成的參考目標拓撲序列滿足相似變換關(guān)系，通過拓撲序列的旋轉(zhuǎn)和平移，使參考目標拓撲序列重合；
II.基于奇異值分解，快速計算拓撲序列間的相似變換關(guān)系
1)、提出奇異值分解的計算過程；
2)、對計算得到的旋轉(zhuǎn)矩陣進行檢驗，排除偽相似變換關(guān)系；
3)、對拓撲序列協(xié)方差陣的修正，保證后續(xù)假設(shè)檢驗的正確執(zhí)行；
III.利用步驟II獲得的相似變換關(guān)系，通過假設(shè)檢驗判斷航跡的相關(guān)性
1)、根據(jù)相似變換關(guān)系，完成拓撲序列的旋轉(zhuǎn)和平移；
2)、對修正后的拓撲序列構(gòu)造統(tǒng)計量，其中/7為參考目標的鄰居數(shù)，J為參考目標鄰居的編號；該統(tǒng)計量是服從自由度為3/7的卡方分布的隨機變量；
3 )、用統(tǒng)計量完成假設(shè)檢驗，判斷航跡的相關(guān)性。奇異值分解的計算過程為首先計算來自兩個傳感器的拓撲序列的互協(xié)方差， 然后把互協(xié)方差表示為上三角陣仏對角陣々、下三角陣Z連乘的形式。以奇異值分解求解拓撲序列的相似變換關(guān)系，并以此對參考序列進行修正。所述相似變換關(guān)系的計算為首先根據(jù)互協(xié)方差矩陣的行列式值特性構(gòu)建修正矩陣義然后利用互協(xié)方差矩陣奇異值分解的產(chǎn)生的隊隊Z矩陣計算相似變換的旋轉(zhuǎn)陣I、 平移陣 和尺度系數(shù)C。根據(jù)相似變換關(guān)系，完成拓撲序列的旋轉(zhuǎn)和平移的方法為根據(jù)計算獲得的相似變換參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)陣見平移陣 ，尺度系數(shù)C，把參考目標的拓撲序列帶入相似變換關(guān)系式cifr+i，從而得到拓撲序列在另一個傳感器參考坐標系中的表示方法。有益效果與其它航跡相關(guān)算法比較，奇異值分解法在相同相關(guān)性能前提下，使計算時間減少了一個數(shù)量級。同時獲得了更高的系統(tǒng)誤差容忍能力。


圖1為參考點與鄰居的測量值關(guān)系。圖2單次匹配計算時間與系統(tǒng)誤差幅度的關(guān)系。圖3為本發(fā)明的航跡相關(guān)方法流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明方法主要包括兩方面內(nèi)容1)拓撲序列的構(gòu)造；2)證明存在系統(tǒng)誤差情況下，不同傳感器的拓撲序列具有相似變換關(guān)系；3)奇異值分解匹配過程。方法如下
I.構(gòu)造單個傳感器的目標拓撲序列
以單個傳感器的目標空間位置信息為基礎(chǔ)，形成每個參考目標的拓撲序列，每個參考目標拓撲序列的形成過程為
1)、計算鄰居到參考目標的位置差向量；
2)、按方位角大小對步驟1)得到的位置差向量進行排序，排序結(jié)果即為該參考目標的拓撲序列；
II .拓撲序列相似變換關(guān)系的發(fā)現(xiàn)CN 102162847 A
說明書
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1)、針對系統(tǒng)誤差和隨機誤差，對拓撲序列進行一階泰勒展開；
2)、在距離足夠大、方位角足夠下的前提下，把不同傳感器的拓撲序列歸并為相似變換關(guān)系；
III.奇異值分解匹配過程為
1)、對不同的拓撲序列進行奇異值分解計算，估計序列的相似變換參數(shù)；
2)、對奇異值分解計算的旋轉(zhuǎn)矩陣進行可行性驗證，排除旋轉(zhuǎn)角度過大的非可行解；
3)、按相似變換修正拓撲序列；
4)、計算服從卡方分布的統(tǒng)計量，其中/7為參考目標的鄰居數(shù)，J為參考目標鄰居的編號。在滿足預(yù)設(shè)置信度的前提下，對參考目標拓撲序列的相似性做出判斷；能通過充計量檢測的拓撲序列即判斷為來自同一個目標，輸出航跡相關(guān)結(jié)論，否則輸出航跡不相關(guān)結(jié)論。
本發(fā)明的詳細內(nèi)容及原理如下
1、拓撲序列的構(gòu)造。雷達提供的目標測量值是以雷達為坐標原點的局部坐標系中的極坐標值，表示為
權(quán)利要求
1.一種基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法，其特征在于該方法包括如下步驟I .證明存在系統(tǒng)誤差情況下，不同傳感器形成的目標拓撲序列具有相似變換關(guān)系以單個傳感器的目標空間位置信息為基礎(chǔ)，形成每個參考目標的拓撲序列，在傳感器存在系統(tǒng)誤差時1)、當目標距離傳感器有足夠的距離時；2)、當系統(tǒng)誤差的值與隨機誤差相當時；不同傳感器形成的參考目標拓撲序列滿足相似變換關(guān)系，通過拓撲序列的旋轉(zhuǎn)和平移，使參考目標拓撲序列重合；II.基于奇異值分解，快速計算拓撲序列間的相似變換關(guān)系1)、提出奇異值分解的計算過程；2)、對計算得到的旋轉(zhuǎn)矩陣進行檢驗，排除偽相似變換關(guān)系；3)、對拓撲序列協(xié)方差陣的修正，保證后續(xù)假設(shè)檢驗的正確執(zhí)行；III.利用步驟II獲得的相似變換關(guān)系，通過假設(shè)檢驗判斷航跡的相關(guān)性1)、根據(jù)相似變換關(guān)系，完成拓撲序列的旋轉(zhuǎn)和平移；2)、對修正后的拓撲序列構(gòu)造統(tǒng)計量，其中/7為參考目標的鄰居數(shù)，J為參考目標鄰居的編號；該統(tǒng)計量是服從自由度為3/7的卡方分布的隨機變量；3 )、用統(tǒng)計量完成假設(shè)檢驗，判斷航跡的相關(guān)性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法，其特征在于奇異值分解的計算過程為首先計算來自兩個傳感器的拓撲序列的互協(xié)方差，然后把互協(xié)方差表示為上三角陣仏對角陣々、下三角陣Z連乘的形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法，其特征在于以奇異值分解求解拓撲序列的相似變換關(guān)系，并以此對參考序列進行修正。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法，其特征在于所述相似變換關(guān)系的計算為首先根據(jù)互協(xié)方差矩陣的行列式值特性構(gòu)建修正矩陣&然后利用互協(xié)方差矩陣奇異值分解的產(chǎn)生的U、D、Z矩陣計算相似變換的旋轉(zhuǎn)陣I、平移陣t和尺度系數(shù)c。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于奇異值分解的高效航跡相關(guān)方法，其特征在于根據(jù)相似變換關(guān)系，完成拓撲序列的旋轉(zhuǎn)和平移的方法為根據(jù)計算獲得的相似變換參數(shù)，包括旋轉(zhuǎn)陣見平移陣 ，尺度系數(shù)c，把參考目標的拓撲序列帶入相似變換關(guān)系式cMx+t,從而得到拓撲序列在另一個傳感器參考坐標系中的表示方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拓撲序列航跡相關(guān)算法的高效計算方法，屬于多傳感器組網(wǎng)航跡相關(guān)領(lǐng)域。該方法在拓撲序列法的基礎(chǔ)上，首先發(fā)現(xiàn)了存在系統(tǒng)誤差情況下，不同傳感器的拓撲序列滿足相似變換，然后提出利用互協(xié)方差矩陣奇異值分解來計算序列的相似變換參數(shù)，最后通過求得的相似性參數(shù)來檢驗航跡的相關(guān)性，把滿足統(tǒng)計檢驗的拓撲序列判斷為來自同一個目標。本發(fā)明方法避免了拓撲序列法的角度微調(diào)過程，在保證航跡相關(guān)性能的前提下，不但能大幅度減少計算時間一個數(shù)量級，還具有更高的傳感器系統(tǒng)誤差容忍能力。
文檔編號G06F19/00GK102162847SQ20111000799
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者任姝婕, 吳澤民, 張娟, 蔣葉金 申請人:中國人民解放軍理工大學