AIS与雷达角度系统偏差的关联方法技术方案

本发明专利技术提出了一种AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，旨在处理雷达探测存在角度偏差时，实现雷达与AIS的准确关联。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：利用先验知识确定雷达的偏差范围并进行量化，得到偏差数组；假设角度偏差为

【技术实现步骤摘要】
AIS与雷达角度系统偏差的关联方法
本专利技术涉及信息融合领域中的AIS与雷达角度偏差下的目标航迹关联方法。
技术介绍
AIS是一种通用船舶自动识别系统，实际应用中，AIS与雷达正好形成优势互补，为得到目标更精确可靠的信息，需要把AIS与雷达结合起来，把它们的数据进行综合处理，所以AIS与雷达目标航迹的融合就成了必然趋势，而航迹关联又是AIS与雷达航迹融合的必备阶段，关联性能的好坏直接影响航迹融合的质量，它是提高船舶航行安全，提高海面预警探测能力所必须的。雷达和AIS作为两种重要的海上目标监视监测手段，都能提供观测或监视区域内目标的航迹信息。航迹是目标在一个时间序列内形成的运动轨迹，通常航迹显示在态势图中，航迹使得可以对目标进行跟踪。高频地波雷达系统与AIS基站工作于不同的平台，覆盖区域也不同，二者都有自己的信息处理系统，并且各系统中都收集了大量的目标航迹信息。当航迹信息送入处理中心时，就需要判断来自于两个系统的两条航迹是否代表同一个目标，这就是航迹关联问题。通过雷达与AIS数据的关联、融合处理，再利用AIS的静态报文，VTS可以获得统一的目标态势，从而更好的对船只进行监控、管理，避免船只发生碰撞。航迹融合处理可以分为四个部分：坐标转换，时问校准，航迹关联与航迹融合。时间对准和坐标变换统称为预处理，航迹关联和航迹融合是融合中心的核心，其中航迹关联是重点。航迹关联就是用来解决监视区域内的重复跟踪问题，因而航迹关联也可称为去重复。现有的AIS与雷达数据关联方法较多，常用的包括,基于模糊双门限航迹关联方法、双波门法、K近邻域法、神经网络、灰度关联和模糊理论等方法，但以上算法都是基于量测不存在系统误差的情况。当雷达的角度量测存在未知的系统误差，且目标处于密集、交叉或者机动航迹较多的情形下，以上的传统关联方法都会产生非常严重的漏关联和错误关联。而在实际中，雷达存在系统误差是普遍的，因此如何有效地进行AIS与存在系统误差情况下雷达目标航迹关联亟待解决。雷达、AIS传感器的数据关联处理时，地波雷达对目标径向测速、测距精度较高，而对目标方位测量的精度较低，在距离雷达基站较远的位置航迹较少，而在靠近基站的航迹数量较多。由于远端目标方向角精度低所引起的切向距离误差更大，远离基站航迹的形成往往比较困难。所以在远距离的情况下，地波雷达航迹形成较少。在影响航迹关联的因素中，除去敌我属性和目标分类是不可模糊的因素外，目标的速度、距离、方向等都是可以模糊的关联因素。图4所示雷达探测角度存在一定未知系统偏差时的航迹关联。由于VTS系统中，船只数量一般在数百只，且相对密集。虽然雷达的距离测量精度较高，但其角度测量精度不高(约0.6°)，此外，雷达多是机械天线，在长期的转动过程中，会慢慢造成一定的角度系统偏差，或者雷达本身就存在天线调零不当导致的系统偏差，即使角度偏差较小，都会造成大批目标的错误关联，影响系统的使用。
技术实现思路
为了解决传统雷达、AIS关联中，由于雷达角度偏差造成大量的误关联问题，本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种关联的可靠性高，关联性更高，能够减小误判率并能提高航迹关联的准确率和关联率，基于AIS与雷达角度系统偏差的关联方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于包括以下步骤：利用先验知识给出雷达系统角度偏差范围的最大范围经验值α.估计雷达系统偏差的角度偏差范围[-α，α]；对角度偏差范围[-α，α]进行量化，将[-α，α]之间的角度值量化为数组[-α+β,-α+2β…0，-β+α,α]；假设角度偏差为并在此基础上，利用假设角度偏差修正雷达量测，并将AIS获得的目标大地坐标系位置、速度转换到雷达极坐标系下，在同一坐标系下，对雷达AIS进行关联处理，统计关联结果的隶属度μ；依据的模糊隶属度函数，计算雷达与AIS的关联度，再设定关联的判决门限，根据判决门限，确定关联上的目标及没有关联上的目标数目，未关联上目标隶属度值设置为0，关联上的目标以计算结果为准；遍历在数组-α+β,-α+2β…0，-β+α,α]内所有角度偏差假设，计算所有目标关联的隶属度μ之和∑μ，将所有目标的模糊隶属度累加，并选择隶属度之和∑μ最大的作为最终结果，其中，β＝2α/(K-1)，K为量化后的数组个数α为假设角度偏差的最大值，β为假设角度偏差的最小量化单位，为假设角度偏差，xi为雷达的状态估计，xj为AIS的状态估计，σij为雷达和AIS的标准差，μ为雷达、AIS关联的隶属度，∑μ为所有目标关联隶属度之和。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：关联的适应性好。由于雷达角度系统偏差存在且大小未知时，传统的关联方法会带来较大的关联错误而不适用。而本专利技术利用先验知识，给出雷达系统角度偏差范围的最大范围经验值α，则雷达角度系统偏差的范围[-α，α]；对该角度偏差范围[-α，α]量化为数组[-α+β,-α+2β…0，-β+α,α]；当假设的角度偏差等于或者非常接近真实角度偏差时，所有目标的隶属度之和最大，即全局关联正确率最大。再对关联的航迹做误差统计分析而进一步限定波门范围，从而提高了对不同角度误差下的准确关联。该方法对未知大小的雷达角度系统偏差具有良好的适用性，同时，也适用于没有角度偏差的系统。关联的稳定性高。本专利技术基于角度误差假设，计算位置、属性、速度等信息的模糊隶属度进行关联，并计算目标全局隶属度之和，遍历所有假设，选择隶属度之和最大的作为关联结果。该方法充分利用了所有的航迹信息，并将不同的信息建立统一的模糊隶属度，进行统一关联处理，具有较好的稳定性。关联的正确率高。本专利技术利用假设角度偏差修正雷达量测，对雷达AIS进行关联处理，统计关联结果的隶属度μ；基于对误差的统计分析做航迹修正，修正后的地波雷达航迹与真实的航迹间位置误差明显减小。将地波雷达航迹修正后，使地波雷达航迹的位置更靠近AIS航迹，各因素误差均有所减小，提高了对地波雷达的跟踪精度。比传统的最近邻法能够减小误判率。航迹关联中用到了大量的统计信息，通过关联结果统计，可以得到运算中需要的参数信息，可直观的显示统计误差信息的具体分布情况，方便了后期的数据分析。最后通过实例证实了在目标较多、航迹较复杂的情况下，模糊方法比均值最近邻法具有更好的稳定性，而经过修正后，提高了航迹关联的正确关联率。附图说明为了更清楚地理解本专利技术，现将通过本专利技术实施方式，同时参照附图，来描述本专利技术：图1是本专利技术AIS与雷达角度系统偏差的关联流程图。图2是AIS目标的大地坐标系位置到雷达极坐标系变换流程图。图3是AIS目标的大地坐标系速度到雷达极坐标系变换流程图。图4是现有技术雷达系统误差造成错误关联、漏关联的示意图。具体实施方式参阅图1。根据本专利技术，AIS与雷达角度系统偏差的关联可以通过以下步骤实现：步骤1：估计雷达系统偏差的角度范围[-α，α]，其中α可以由经验值给出最大范围，从而减少假设计算时间；步骤2：对雷达角度偏差进行假设，由于角度偏差可能是[-α，α]内的任何一个值，将[-α，α]之间的角度值量化为数组[-α+β,-α+2β…0，-β+α,α]，则真实偏差肯定靠近数组中的某一个值，β＝2α/(K-1)，K为假设的次数；步骤3：假设雷达的角度偏差为为数组[本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于包括以下步骤：利用先验知识给出雷达系统角度偏差范围的最大范围经验值α，估计雷达系统偏差的角度偏差范围[‑α，α]；对角度偏差范围[‑α，α]进行量化，将[‑α，α]之间的角度值量化为数组[‑α+β,‑α+2β…0，‑β+α,α]；假设角度偏差为

【技术特征摘要】
1.一种AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于包括以下步骤：利用先验知识给出雷达系统角度偏差范围的最大范围经验值α，估计雷达系统偏差的角度偏差范围[-α，α]；对角度偏差范围[-α，α]进行量化，将[-α，α]之间的角度值量化为数组[-α+β,-α+2β…0，-β+α,α]；假设角度偏差为并在此基础上，利用假设角度偏差修正雷达量测，并将AIS获得的目标大地坐标系位置、速度转换到雷达极坐标系下，在同一坐标系下，对雷达AIS进行关联处理，统计关联结果的隶属度μ；依据的模糊隶属度函数，计算雷达与AIS的关联度，再设定关联的判决门限，根据判决门限，确定关联上的目标及没有关联上的目标数目，未关联上目标隶属度值设置为0，关联上的目标以计算结果为准；遍历在数组[-α+β,-α+2β…0，-β+α,α]内所有角度偏差假设，计算所有目标关联的隶属度μ之和∑μ，将所有目标的模糊隶属度累加，并选择隶属度之和∑μ最大的作为最终结果，其中，β＝2α/(K-1)，K为量化后的数组个数，α为假设角度偏差的最大值，β为假设角度偏差的最小量化单位，为假设角度偏差，xi为雷达的状态估计，xj为AIS的状态估计，σij为雷达和AIS的标准差，μ为雷达、AIS关联的隶属度，∑μ为所有目标关联隶属度之和。2.如权利要求1所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：AIS获得的是目标大地坐标系量测，根据AIS和雷达的探测坐标系不同，以雷达获得的以雷达基站为中心的极坐标系，将其位置、速度统一转换到雷达极坐标系下，在雷达的极坐标系下对雷达、AIS的距离、角度、速度参量进行隶属度计算。3.如权利要求1所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：在进行了坐标统一变换后，将AIS信息的经纬度变成到地波雷达基站的距离和相对于雷达基站主波束角的方位角。4.如权利要求1所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：对AIS信息的速度进行投影变换，将其转化为沿着目标与地波雷达法线方法上的投影量。5.如权利要求1所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：雷达安装在飞机、船只或者固定的岸边，统一描述为载机，坐标系统一描述为载机球坐标系或载机直角坐标系；如果是船只，则对应甲板球坐标系，甲板直角坐标系，甲板地理坐标系；如果是雷达基站，则对应雷达球坐标系，雷达直角坐标系，雷达地理坐标系。6.如权利要求5所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：在载机球坐标系中，距离表示目标至载机质心的绝对距离，方位角表示目标在载机主基准面的投影与机头正向的夹角，目标偏右翼为正，偏左翼为负，取值范围为[-180°,180°)，俯仰角表示目标与载机质心连线与主基准面所成夹角，目标位于载机上方为正，位于载机下方为负，取值范围为[-90°,90]。7.如权利要求5所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：载机直角坐标系以坐标原点为载机质心，主基准面为XY平面，X轴平行机轴指向机头前方，Y轴垂直机轴指向右翼，Z轴垂直主基准面指向机腹下方。8.如权利要求5所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：在位置坐标变换中，载机直角坐标系→载机球坐标系距离如果则θ＝0；如果则如果则如果则载机球坐标系→载机直角坐标系如果ρ≤0.001，则如果ρ＞0.001，则如果则载机直角坐标系→载机地理坐标系令矩阵则有载机地理坐标系→载机直角坐标系大地坐标系→ECEF坐标系当(N+h)cosm≤0.001时，则x4＝y4＝0，其中9.如权利要求8所述的AIS与雷达角度系统偏差的关联方法，其特征在于：当(N+h)cosm≤0.001时，则x4＝y4＝0，其中当(N+h)cosm＞0.001时，

【专利技术属性】
技术研发人员：罗智锋，陈怀新，邓竹莎，李思奇，陈贻海，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51