威脅閾值；
[0055] 當(dāng)所述目標(biāo)威脅等級(jí)低于所述第一威脅閾值時(shí)，匹配的目標(biāo)防御方案為提示告 警；
[0056] 當(dāng)所述目標(biāo)威脅等級(jí)高于所述第一威脅閾值并低于所述第二威脅閾值時(shí)，匹配的 目標(biāo)防御方案為目標(biāo)攔截；
[0057] 當(dāng)所述目標(biāo)威脅等級(jí)高于所述第二威脅閾值時(shí)，匹配的目標(biāo)防御方案為目標(biāo)攻 擊。
【附圖說明】
[0058] 圖1為本發(fā)明基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0059] 圖2為本發(fā)明中AIS信息與對(duì)海雷達(dá)信息的分布式融合模型。
[0060] 圖3為本發(fā)明中系統(tǒng)平面上偏差估計(jì)配置。
[0061 ]圖4為本發(fā)明基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策方法的流程圖。
[0062]圖5為本發(fā)明基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的 結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0063]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0064]本發(fā)明提供了一種基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)，將沿海海 域、領(lǐng)空的多平臺(tái)多傳感器的監(jiān)視信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行融合和綜合處理后提供態(tài)勢(shì)展示、威脅評(píng) 估，為維護(hù)國家主權(quán)、保障國家安全、軍事防御、海洋開發(fā)、海洋管理等提供支撐決策。本發(fā) 明的系統(tǒng)主要包括信息融合子系統(tǒng)、態(tài)勢(shì)評(píng)估子系統(tǒng)、以及安全防御子系統(tǒng)，信息融合子系 統(tǒng)利用空間的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)多維多源空間信息的一體化獲取、傳輸、處理、網(wǎng)絡(luò)化共享與應(yīng)用 服務(wù)等應(yīng)用需求;態(tài)勢(shì)評(píng)估子系統(tǒng)根據(jù)多個(gè)平臺(tái)動(dòng)態(tài)的融合信息進(jìn)行初步評(píng)估，對(duì)評(píng)估值 超出警戒值的目標(biāo)，進(jìn)行自動(dòng)評(píng)估和預(yù)測(cè);安全防御子系統(tǒng)在態(tài)勢(shì)評(píng)估的基礎(chǔ)上，根據(jù)目標(biāo) 的敵我屬性以及其位置、速度、航向、類型、數(shù)量等信息以定量形式對(duì)目標(biāo)的威脅程度作出 估計(jì)和分析，并對(duì)超出威脅預(yù)警條件的目標(biāo)進(jìn)行告警與攔截。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明基于 多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)及方法進(jìn)行說明。
[0065] 參閱圖1，顯示了本發(fā)明基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)的系統(tǒng) 圖。下面結(jié)合圖1，對(duì)本發(fā)明基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)進(jìn)行說明。
[0066] 如圖1所示，本發(fā)明基于多維度空間融合的海岸監(jiān)控與防御決策系統(tǒng)包括信息融 合子系統(tǒng)11、態(tài)勢(shì)評(píng)估子系統(tǒng)12、以及安全防御子系統(tǒng)13,信息融合子系統(tǒng)11利用空間基 礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)多維多源空間信息的一體化獲取、傳輸、處理、網(wǎng)絡(luò)化共享與應(yīng)用服務(wù)等應(yīng)用需求， 協(xié)同多個(gè)平臺(tái)增強(qiáng)事件的處理能力，結(jié)合空域、海域各類網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)功能互 補(bǔ)，擴(kuò)大可處理事件的范圍。信息融合子系統(tǒng)11通過接入海情(海情中心、VTS、AI S以及對(duì)海 雷達(dá)等）、空情(ATC、衛(wèi)星、飛行器及航空器等）、其他(水文氣象、CCTV等）等空間感知信息， 開展時(shí)空校準(zhǔn)、誤差校正、數(shù)據(jù)分析與過濾、參數(shù)匹配與關(guān)聯(lián)、狀態(tài)評(píng)估和目標(biāo)識(shí)別等融合 處理，從而實(shí)現(xiàn)多維度、海量及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息的綜合處理。態(tài)勢(shì)評(píng)估子系統(tǒng)12根據(jù)多個(gè)平臺(tái) 動(dòng)態(tài)的融合信息進(jìn)行初步評(píng)估，對(duì)超出警戒值的目標(biāo)進(jìn)行深度評(píng)估，初步評(píng)估和深度評(píng)估 均會(huì)將態(tài)勢(shì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行顯示，以供指揮人員進(jìn)行判斷，態(tài)勢(shì)評(píng)估利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法實(shí)現(xiàn)， 具有以下優(yōu)勢(shì)：記憶、聯(lián)想功能，具有很好的預(yù)測(cè)能力；可實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，可處理的信息量 大，決策速度快;可靠性高，在某些神經(jīng)元失效的情況下，決策系統(tǒng)仍能繼續(xù)正常工作。多平 臺(tái)的探測(cè)能力高于單一平臺(tái)，當(dāng)某一平臺(tái)發(fā)現(xiàn)了威脅目標(biāo)，將通知系統(tǒng)中其他平臺(tái)，各平臺(tái) 的傳感器可以不再依賴自身的探測(cè)設(shè)備，而可通過系統(tǒng)信息共享其他平臺(tái)的發(fā)現(xiàn)，從而提 高安全防御和軍事決策的隱蔽性和實(shí)效性。安全防御子系統(tǒng)13進(jìn)行威脅估計(jì)，在態(tài)勢(shì)評(píng)估 的基礎(chǔ)上，根據(jù)目標(biāo)的敵我屬性以及其位置、速度、航向、類型、數(shù)量等信息以定量形式對(duì)目 標(biāo)的威脅程度作出估計(jì)和分析，并對(duì)超出威脅預(yù)警調(diào)節(jié)的目標(biāo)進(jìn)行告警。依據(jù)設(shè)定的威脅 判斷準(zhǔn)則，對(duì)所有已知目標(biāo)進(jìn)行篩選，對(duì)不同的態(tài)勢(shì)要素(距離、速度、航向等)選取不同的 分布函數(shù)來量化，同時(shí)對(duì)其選取合適的權(quán)重，進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算威脅值來分析判斷其威脅 程度，權(quán)重指標(biāo)可以采用DELPHI法(專家意見法)進(jìn)行評(píng)估后確定。根據(jù)威脅評(píng)估結(jié)果，進(jìn)行 威脅等級(jí)評(píng)判，一般分為5-10級(jí)，按照威脅等級(jí)發(fā)出不同的告警指示。
[0067] 信息融合子系統(tǒng)11包括海域單元111、空域單元112、以及融合運(yùn)算單元113，海域 單元111和空域單元112均與融合運(yùn)算單元113連接。
[0068] 海域單元111與海情中心、VTS(Vessel Traffic Services，船舶交通服務(wù)）、AIS (Automatic Identification System，船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)）、以及對(duì)海雷達(dá)通信連接，海域 單元111用于獲取海情信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合以得到海域目標(biāo)信息，海情信息包括海情中心 的海情中心信息、VTS的VTS信息、AIS的AIS信息、以及對(duì)海雷達(dá)的對(duì)海雷達(dá)信息。該海域單 元111將獲取的海情中心信息、VTS信息、AIS信息、以及對(duì)海雷達(dá)信息發(fā)送給融合運(yùn)算單元 113進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，數(shù)據(jù)融合處理后獲得海域目標(biāo)信息。
[0069] 空域單元112與ATC(空中交通管控系統(tǒng)）、衛(wèi)星、飛行器、以及航空器通信連接，空 域單元112用于獲取空情信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合以得到空域彌補(bǔ)信息，空情信息包括ATC的 ATC信息、衛(wèi)星的衛(wèi)星信息、飛行器的飛行器信息、以及航空器的航空器信息。該空域單元 112將獲取的ATC信息、衛(wèi)星信息、飛行器信息、以及航空器信息發(fā)送給融合運(yùn)算單元113進(jìn) 行數(shù)據(jù)融合，數(shù)據(jù)融合處理后獲得空域目標(biāo)信息。
[0070]融合運(yùn)算單元113用于對(duì)接收的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，接收到的信息有海情信 息或者空情信息，融合運(yùn)算單元113包括建模模塊、預(yù)處理模塊、關(guān)聯(lián)模塊、以及融合處理模 塊，建模模塊用于對(duì)融合運(yùn)算單元接收的所有信息根據(jù)分布式融合結(jié)構(gòu)建立數(shù)據(jù)融合模 型，該所有信息為海域單元111發(fā)送的海情信息或者空域單元112發(fā)送的空情信息;預(yù)處理 模塊與建模模塊連接，用于依據(jù)數(shù)據(jù)融合模型對(duì)所有信息進(jìn)行空間校準(zhǔn)和時(shí)間校準(zhǔn)，經(jīng)空 間校準(zhǔn)的所有信息變換到同一坐標(biāo)系中，經(jīng)時(shí)間校準(zhǔn)的所有信息統(tǒng)一到同一時(shí)刻；關(guān)聯(lián)模 塊與預(yù)處理模塊連接，用于利用最近鄰域法對(duì)經(jīng)預(yù)處理模塊校準(zhǔn)的每一信息進(jìn)行航跡關(guān) 聯(lián)，以得出每一信息中所包括的目標(biāo)和與目標(biāo)對(duì)應(yīng)的航跡;融合處理模塊與關(guān)聯(lián)模塊連接， 用于利用加權(quán)平均法對(duì)所有信息中相同的目標(biāo)進(jìn)行融合處理，對(duì)同一目標(biāo)對(duì)應(yīng)的航跡進(jìn)行 融合以得到融合航跡，融合處理模塊還用于將融合航跡和對(duì)應(yīng)的目標(biāo)相關(guān)聯(lián)形成目標(biāo)信 息。經(jīng)過信息融合處理，可以將多數(shù)據(jù)源的優(yōu)勢(shì)整合，以彌補(bǔ)單一數(shù)據(jù)源所存在的缺陷，比 如AIS信息的信息量大，目標(biāo)位置數(shù)據(jù)精度高，信息的提供不易受地形、天氣和海況的影響， 但是AIS信息僅限于安裝了 AIS的船舶，不利于避碰，AIS的船位由GPS提供，但在高噪聲調(diào)節(jié) 下容易導(dǎo)致GPS接收機(jī)對(duì)導(dǎo)航衛(wèi)星的失鎖而喪失功能，還存在電離層延時(shí)、多徑干擾等問 題。對(duì)海雷達(dá)信息存在信息量少，不能識(shí)別目標(biāo)屬性，測(cè)物標(biāo)精度受限，存在盲區(qū)，容易受到 干擾等缺陷。通過多信息源的數(shù)據(jù)融合，可以對(duì)空域和海域提供更精確、可靠的目標(biāo)數(shù)據(jù)， 有效地實(shí)現(xiàn)海域和空域中目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤以及避碰，具有重要意義。
[0071 ]預(yù)處理模塊中的空間校準(zhǔn)包括坐標(biāo)變換和空間配準(zhǔn)，其中的坐標(biāo)變換為將一個(gè)空 間坐標(biāo)系中的目標(biāo)，根據(jù)位置關(guān)系變換到另外一個(gè)坐標(biāo)系中，并給出兩坐標(biāo)系的關(guān)系。通過 將直角坐標(biāo)系和空間極坐標(biāo)相互轉(zhuǎn)換。
[0072]設(shè)直角坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)p的位置坐標(biāo)為(X，y，z )，在極坐標(biāo)系中對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)為 0%??約，則直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系為： _3]
d.D
[0074] 空間配準(zhǔn)是要消除信息源測(cè)量的系統(tǒng)誤差，包括動(dòng)態(tài)或靜態(tài)估算出信息源的測(cè)量 系統(tǒng)誤差，然后對(duì)目標(biāo)測(cè)量信息進(jìn)行補(bǔ)償。本發(fā)明采用二維空間的極大似然配準(zhǔn)處理。假設(shè) 兩部傳感器a和b，斜距和方位角偏差分別為：Ar a，Δ 0a，Δη，Δ 0b。如圖3所示，radjPrbdb 分別代表傳感器a和b的斜距和方位角量測(cè)值。（Xa，y a)和(Xb，yb)表示在全局坐標(biāo)系上的量 測(cè)值，（xsa，y sa)和(xsb，ysb)表示傳感器在全局坐標(biāo)系中的位置。
[0075] 極大似然配準(zhǔn)法考慮了傳感器的隨機(jī)量測(cè)噪聲。假定傳感器量測(cè)噪聲向量為：
[0076]
(1.2)
[0077] 分別表示傳感器a和b的斜距和方位角的測(cè)量噪聲，v服從高斯 分布。
[0078] 由圖3可以推導(dǎo)出如下的基本方程：
[00791
(1.:3)
[0080]當(dāng)考慮傳感器的量測(cè)噪聲，可有：
[_]
(1.4)
[0082] 其中rj，θ￡/和ri/，θ[/表不傳感器的真實(shí)值，Δ ra，Δ 03和Δ rb，Δ 傳感器的 測(cè)量誤差。將式子（1.4)代入式子（1.3)，并且將得到的方程對(duì)Δra，Δθa，Δ rb，Δθb進(jìn)行一 階泰勒級(jí)數(shù)展開可以得到
[0083]
(1.53
[0084] 根據(jù)不同時(shí)刻的傳感器量測(cè)，也就是說當(dāng)k=l，2，-_N時(shí)，由式子（1.5)可以產(chǎn)生如 下一對(duì)方程：
[0085]
(1.6)
[0086] 在N個(gè)量測(cè)之后，有2N個(gè)方程，當(dāng)(N 2 2)時(shí)，可以求解出式子（1.6)中的4個(gè)未知量。 對(duì)于量測(cè)噪聲向量v和偏差向量X可進(jìn)行線性化，可得到N次量測(cè)后的線性方程為：
[0087] z=A(x+b) =Ax+Ab (1.7)
[0088] 其中：
[0089] (1.8)
[0090] (1.9)
[0091] 進(jìn)一步，可得出基于極大似然方法的傳感器偏差向量X的估計(jì)為：
[0092]
(1. 10)
[0093] 下面以AIS信息和對(duì)海雷達(dá)信息的融合運(yùn)算為例對(duì)融合運(yùn)算單元113的運(yùn)算過程 進(jìn)行說明。
[0094] 首先，建模模塊根據(jù)AIS信息和對(duì)海雷達(dá)信息的特點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)融合的分布式融合 結(jié)構(gòu)，建立AIS信息和對(duì)海雷達(dá)信息的數(shù)據(jù)融合模型，如圖2所示，其中，(h表示第1個(gè)目標(biāo)的 輸出航跡，〇 n表示第η個(gè)目標(biāo)的輸出航跡。在海域內(nèi)有η艘船，并且每個(gè)船上同時(shí)安裝有AIS 和對(duì)海雷達(dá)，由于AIS目標(biāo)和雷達(dá)目標(biāo)的信息來自于相互獨(dú)立的傳感器，首先需要對(duì)兩個(gè)傳 感器數(shù)據(jù)進(jìn)行空間校準(zhǔn)和時(shí)間校準(zhǔn)，使兩者在空間、時(shí)間上統(tǒng)一;然后，進(jìn)行η個(gè)AIS目標(biāo)航 跡和η個(gè)雷達(dá)航跡的匹配和關(guān)聯(lián)，提取出同一目標(biāo)的AIS和雷達(dá)數(shù)據(jù);最終將同一目標(biāo)的AIS 數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，得到數(shù)據(jù)融合的最佳結(jié)果。
[0