融合航迹与目标真实航迹对应关系的研究

融合航迹与目标真实航迹对应关系的研究

0航迹关联模型为了评估多传感器数据集成软件的性能，有必要确定集成航迹与实际目标轨迹之间的对应关系，然后定义相关指标，最终进行综合评估。文献提出了一种计算航迹纯度的方法,用来解决融合航迹与目标真实轨迹的关联这一关键技术难题。文献采用JVC方法,对融合航迹和真实目标进行自动关联,然后通过人工干预的方式对关联结果加以纠正和确认。需要建立时间分割模型,对融合跟踪时间进行分段,然后确定在每1分段内,各融合航迹与真值的对应关系,但是不能从整体上确定融合航迹与真值的对应关系,容易出现某条融合航迹在不同时间段对应不同目标的情况。文献利用与航迹空间距离误差最小的真值目标为其相关目标来解决航迹的相关性问题。文献将状态估计投影到量测空间,与各量测求取统计距离,该统计距离反映了状态估计与量测的相近程度,将具有最小统计距离的量测作为该航迹的关联测量。但该文献没有给出利用状态估计重构量测向量的表达式。本文提出一种用于确定融合航迹与真实航迹对应关系的方法。该方法通过计算融合航迹与每个真实目标轨迹的相关度,选取相关度最大且大于给定阈值的目标与该融合航迹对应。通过设定距离相关度阈值,可以得到满足一定武器打击精度要求的融合航迹与真实目标的对应关系。1融合航迹数据融合假设有N个部署在不同位置的雷达组成雷达网络对战场中的K个目标进行监视,由其中1部雷达担任中心节点,它实时地接收其他雷达送来的探测点迹,并结合自身的探测点迹进行点迹数据融合,得到M条融合航迹。各部雷达事先不知道目标的真实运动轨迹。目标的真实运动轨迹,通过在目标上加装GPS装置录取获得。为了评价融合算法性能的好坏,首要的是确定融合航迹与目标的真实运动轨迹的对应关系。假设某条融合航迹由n个融合点组成,每个融合点包含的信息包括所属融合航迹批号、输出该融合点的时间、对应的所处理的雷达点迹对应的测量时间、融合点的位置(经度、纬度、高度)、速度和航向。现在已知有K个真实目标的轨迹信息。需要估计该融合航迹是对应哪个真实目标的融合航迹。2选择正确的融合航迹本文设计的求解方法主要考虑了如下2个原则:1)1个真实目标可以对应于多条融合航迹。2)1条融合航迹只能对应1个真实目标。第一步:判断融合航迹是否正确。如果该融合航迹的融合点i到真实目标j的距离(在融合点i所对应的雷达点迹录取时刻)不大于给定的距离相关阈值,那么点i与真实目标j相关。如果该融合航迹中有l个融合点与目标j相关,那么该融合航迹与目标j的相关度为l/n;如果至少存在1个真值目标,使得该融合航迹与它的相关度大于给定的阈值,那么,称该融合航迹为正确的融合航迹。第二步:确定正确融合航迹与目标真值的对应关系。根据正确融合航迹与每个目标真值的相关度,选取最大相关度对应的真实目标与该正确融合航迹对应。3生产力指数的定义12合并轨道的精度假设融合软件输出的融合航迹数量为M条,其中正确融合航迹有N条,则融合航迹正确率为N/M×100%。2真实目标漏情率测试首先得到融合系统对每个真值目标的漏情率,然后将这些漏情率取平均得到。融合系统对某个真值目标漏情率的计算方法为:首先找出该真实目标对应的所有正确融合航迹,将这些正确融合航迹所对应的起止时间段求并集,再求并集的时间段长度,用并集的时间段长度除以测试时间长度(假设真实目标在测试期间都存在于态势之中)即可。3平均的距离。请将所有的距离分为5.首先得到每个正确融合航迹到所对应真实目标的距离,然后将这些距离取平均即可得到。求某条正确融合航迹到所对应真实目标距离的计算方法与文献相同,需要进行一阶插值处理。42空间的整合首先得到每个真实目标对应的正确融合航迹个数,没有对应正确融合航迹的真值目标除外,然后将这些个数取平均得到。5初始能力测试用融合航迹的平均起始时间来进行比较。这个平均起始时间越少,融合软件的航迹起始能力越强。首先找到每个真值目标对应的最早雷达输出点迹时刻(这个需要进行估计);然后,找到每个真值目标对应的融合航迹的第一个融合点的输出时刻(如对应多条融合航迹,选最早的时刻),二者相减得到对每个目标起始时间的估计。61合并轨迹的平均时间长度将所有融合航迹的时间长度取平均得到。融合航迹的平均时间长度越长越好,说明融合系统输出的航迹越连续、越稳定。7数据处理时延和时延融合系统从收到1个雷达点迹到对该点迹处理完毕输出对应该点迹测量的融合点所需的时间为处理时延。对融合输出航迹的每个融合点都可找到所对应的雷达点迹时刻,从而计算出处理时延,将所有这些处理时延取平均得到。处理时延越小越好。81合并轨迹的平均数据更新率先求出融合系统对每个目标的数据更新率(平均多长时间更新对于该目标的融合航迹点一次),然后将这些更新率取平均得到。4虚假融合航迹与真实目标的关系采用仿真测试数据作为分析的对象。图1为目标真实的运动轨迹,图中标出了真实目标的编号。图2为编号为1的融合单位的融合软件对雷达网数据融合获得的融合航迹,图中标出了融合航迹的批号。图3为编号为2的融合单位的融合软件对雷达网数据融合获得的融合航迹。采用本文方法寻找融合航迹与真实目标对应关系。设置距离相关阈值为200m,得到融合单位1的融合航迹与真实目标的相关度表(见表1)、融合单位2的融合航迹与真实目标的相关度表(见表2)。设置相关度阈值为0.85。也就是说,如果1条融合航迹85%的融合航迹点与对应时刻真实目标的距离小于距离相关阈值,就认为该融合航迹与该真实目标相关。得到融合单位1的融合航迹与真实目标的对应关系为:101<->1,102<->2,103<->4,105<->3,106<->8,107<->5,108<->7,109为1条错误的融合航迹(虚假的融合航迹);融合单位2的融合航迹与真实目标的对应关系为:1<->1,2<->2,3<->6,4<->4,5<->8,6<->3,7<->5,8<->7,9<->7。通过图2、图3与图1的对比,可以看出所得到的结果具有一定的合理性,融合单位1输出了1条虚假融合航迹;融合单位2的融合软件在跟踪目标7时,出现了断批现象。表3给出了所计算出的对于融合单位1和融合单位2数据融合软件融合性能的相关指标值。从表3可看出,融合单位2的平均距离误差小一些、融合航迹正确率高一些、平均处理时延小一些、数据更新快一些,但融合航迹的零碎度大一些,航迹起始能力弱一些,漏情率高一些。从表中可以看出,融合软件的航迹起始时间为负值。出现这种情况的原因有2种可能,一是估计雷达输出对应目标的最早点迹时刻错误,二是融合单位的融合软件进行了错误的航迹起始(即提前用其他点迹起始了,后面又用上了对应目标的点迹)。但这不影响对航迹起始能力的判断。例如,对于某个目标,雷达输出该目标最早点迹的真实时刻为t=2s,融合单位1输出该目标融合航迹的最早时刻为t=4s,融合单位2输出该目标融合航迹的最早时刻为t=5s,很明显融合单位1的航迹起始能力强,但是现在估计雷达输出该目标最早点迹时刻为t=6s,得到融合单位1对该目标的起始时间为-2s、融合单位2对该目标的起始时间为-1