雷达相对系统误差估值有效性评价方法技术方案

本发明专利技术属于多雷达数据融合技术领域，具体涉及一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法。本发明专利技术通过选取主、次站雷达对某个典型航路目标的一组观测数据，经中心统一直角坐标转换后，先后采用不加权直线航迹线参数估计模型和加权直线航迹线参数估计模型对两雷达观测航迹线、次站雷达系统误差修正航迹线进行直线参数迭代估计，通过计算次站观测航迹线系统误差修正前后与主站观测航迹线的相对熵，构建次站修正航迹线系统误差估值有效性指标，用以评价系统误差估值的有效性以及修正效果。本发明专利技术原理方法科学、实施步骤合理，与传统系统误差有效性评价方法相比，在提高准确性和可操作性的同时，简化了复杂度，方便了工程上的实现。

Effectiveness Evaluation Method of Radar Relative System Error Estimation

【技术实现步骤摘要】
雷达相对系统误差估值有效性评价方法
本专利技术属于多雷达数据融合
，具体涉及一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法。
技术介绍
雷达相对系统误差是指雷达在对目标进行测量时存在的相对于指定参照系的固定误差，包括雷达动态测量中的测向误差Δθ、测距误差Δρ、雷达站址标定误差(Δx,Δy)和雷达组网应用中存在的坐标转换误差等。在雷达联网观测中，动态目标的绝对位置多数情况下是不可知的，比较容易得到的是在同一时间段内不同雷达对同一飞行目标的离散观测值。而相对于网内其它雷达来说，总会有一部雷达的观测是精确的，此时可以以该雷达(命名为主站)的测量值作为对目标位置的真实描述，其它雷达(命名为次站)以此为参照，从而求得次站雷达相对于主站雷达的相对系统误差。多雷达组网应用中，不同雷达之间存在的相对系统误差会造成同一目标观测结果的空间分裂，严重时就会妨碍来自同一目标的航迹关联，而又造成对应不同目标的航迹的错误关联。因此研究系统误差的规律性，尽可能准确地定位、估计系统误差，对于提高雷达网目标状态估计和多雷达数据融合的准确性极为重要。估计、消除雷达测量中存在的系统误差有两种途径：设备校准和数据校准。通常，雷达完成阵地部署后进行的入网前阵地检飞校准多采用设备校准手段。设备校准一般依靠固定地物回波或飞机检飞方式进行，在工程实施上有可能引入新的误差且效费比低，对多雷达组网后的系统误差校准，情况就更为复杂。因此，必须寻求科学合理、易于实现的方法评价一部新入网雷达经过阵地检飞校准后系统误差估值的有效性。为了克服设备校准的局限性，人们提出了具有普遍意义的数据校准方法，如实时精度控制法、最小平方法、最大似然法、广义最小平方法和最小二乘相对系统误差修正法等等。它从数据处理的角度出发，在选定的参照系中对雷达测量数据进行分析，对其中存在的系统误差进行估计，并以此估计结果为依据，反过来对测量数据进行修正，以此达到同一坐标系内观测结果的一致性。这是一种直接、有效的校准方法，尤其在雷达组网后的误差修正中，显示出不可替代的优越性。但是如何评价某种数据校准方法的有效性，也成为一个亟待解决的问题。与雷达测量中存在的随机误差相比，系统误差不随时间改变，是相对固定的误差。对于一部已经完成阵地部署的雷达而言，在一段时期内，相对于指定参照系的系统误差不会发生较大改变。但是，雷达在不同气候环境(春、夏、秋、冬、云、雨等)、不同探测区域(按照方位、距离分格)的系统误差可能存在差异，在一个系统误差估值不能“包打天下”的情况下，就要具体问题具体分析，“因地制宜”地建立雷达相对系统误差估值表。在这一过程中，研究雷达相对系统误差估值有效性评价方法就显得十分必要了。传统的系统误差估值有效性评价多采用“取点评价法”，就是将同一时刻，雷达测量位置点与目标在参照系中的位置点(这两个点又称为时间配准点)之间的直线距离作为基本评价依据。为了提高评价的可信度，往往需要取多个时间配准点，将多个时间配准点修正前后距离的平均值之比作为最终的系统误差估值有效性评价指标。这种方法原理上比较科学，但在工程实现上，由于雷达异步工作，“多个时间配准点”在原始测量中几乎不存在，虽然采用卡尔曼滤波等方法可以外推得到心怡时刻的目标位置点，但外推过程又不可避免的引入了新的计算误差，因此取点评价法的可操作性和准确性不高。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何提出一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法，以提高雷达阵地检飞、数据校准方法选择和雷达相对系统误差估值表计算过程中对系统误差估值评价的科学性、准确性和可操作性，有助于提升雷达网目标状态估计和多雷达数据融合的质量。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法，所述评价方法包括如下步骤：步骤1：选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线观测数据；步骤2：对主站雷达观测数据进行坐标变换，得到一组对应的统一直角坐标{(Xtzi,Ytzi)，i＝1,2,…n}，n表示主站雷达观测数据的总点数；步骤3：分别对次站雷达观测数据、次站雷达系统误差修正数据进行坐标变换，得到两组统一直角坐标{(Xtcj,Ytcj)，j＝1,2,…m}和{(Xtxj,Ytxj)，j＝1,2,…m}，m表示次站雷达观测数据的总点数；步骤4：在统一直角坐标系中，使用加权直线航迹线参数估计模型，分别对主站雷达观测数据、次站雷达观测数据和次站雷达系统误差修正数据进行直线参数迭代估计，得到主站观测航迹线参数(kz,dz)、次站观测航迹线参数(kc,dc)和次站修正航迹线参数(kx,dx)；所述kz、kc、kx分别表示直线的斜率，dz、dc、dx分别表示直线的截距；步骤5：分别计算次站观测航迹线、次站修正航迹线与主站观测航迹线的相对熵JSc和JSx；相对熵越小，表明两条航迹线越相似；步骤6：次站修正航迹线系统误差估值有效性指标V表示为：(三)有益效果与现有技术相比较，本专利技术通过选取主、次站雷达对某个典型航路目标的一组观测数据，经中心统一直角坐标转换后，先后采用不加权直线航迹线参数估计模型和加权直线航迹线参数估计模型对两雷达观测航迹线、次站雷达系统误差修正航迹线进行直线参数迭代估计，通过计算次站观测航迹线系统误差修正前后与主站观测航迹线的相对熵，构建次站修正航迹线系统误差估值有效性指标，用以评价系统误差估值的有效性以及修正效果。本专利技术原理方法科学、实施步骤合理，与传统系统误差有效性评价方法相比，在提高准确性和可操作性的同时，简化了复杂度，方便了工程上的实现。本专利技术有助于提高雷达阵地检飞、数据校准方法选择和雷达相对系统误差估值表计算过程中对系统误差估值评价的科学性、准确性和可操作性，从而提升雷达网目标状态估计和多雷达数据融合的质量。本专利技术所提供的方法的时间复杂度和空间复杂度都很低，可操作性和实用性很强。附图说明图1为本专利技术技术方案中评价方法的主体流程示意图。图2为本专利技术实施例中主、次站雷达观测数据和两组次站雷达系统误差修正数据在统一直角坐标系中的显示图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术针对传统方法从局部(单点)入手带来的问题与不足，引入信息论中相对熵的概念，通过选取典型航路(目标保持一定高度沿直线飞行)上的一组主、从雷达测量数据，整体比较次站观测航迹线系统误差修正前后与主站观测航迹线的相似性来评价系统误差估值的有效性以及修正效果。这样在提高准确性和可操作性的同时，简化了评价方法的复杂程度，方便了工程上的实现。具体而言，为解决现有技术问题，本专利技术提供一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法，所述方法应用于雷达阵地检飞、数据校准方法选择和雷达相对系统误差估值表计算过程中，属于雷达网目标状态估计和多雷达数据融合系统的前期数据准备工作范畴；所述评价方法包括如下步骤：步骤1：选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线观测数据；步骤2：对主站雷达观测数据进行坐标变换，得到一组对应的统一直角坐标{(Xtzi,Ytzi)，i＝1,2,…n}，n表示主站雷达观测数据的总点数；步骤3：分别对次站雷达(原始)观测数据、次站雷达系统误差修正数据进行坐标变换，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述评价方法包括如下步骤：步骤1：选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线观测数据；步骤2：对主站雷达观测数据进行坐标变换，得到一组对应的统一直角坐标{(Xtzi,Ytzi)，i＝1,2,…n}，n表示主站雷达观测数据的总点数；步骤3：分别对次站雷达观测数据、次站雷达系统误差修正数据进行坐标变换，得到两组统一直角坐标{(Xtcj,Ytcj)，j＝1,2,…m}和{(Xtxj,Ytxj)，j＝1,2,…m}，m表示次站雷达观测数据的总点数；步骤4：在统一直角坐标系中，使用加权直线航迹线参数估计模型，分别对主站雷达观测数据、次站雷达观测数据和次站雷达系统误差修正数据进行直线参数迭代估计，得到主站观测航迹线参数(kz,dz)、次站观测航迹线参数(kc,dc)和次站修正航迹线参数(kx,dx)；所述kz、kc、kx分别表示直线的斜率，dz、dc、dx分别表示直线的截距；步骤5：分别计算次站观测航迹线、次站修正航迹线与主站观测航迹线的相对熵JSc和JSx；相对熵越小，表明两条航迹线越相似；步骤6：次站修正航迹线系统误差估值有效性指标V表示为：...

【技术特征摘要】
1.一种雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述评价方法包括如下步骤：步骤1：选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线观测数据；步骤2：对主站雷达观测数据进行坐标变换，得到一组对应的统一直角坐标{(Xtzi,Ytzi)，i＝1,2,…n}，n表示主站雷达观测数据的总点数；步骤3：分别对次站雷达观测数据、次站雷达系统误差修正数据进行坐标变换，得到两组统一直角坐标{(Xtcj,Ytcj)，j＝1,2,…m}和{(Xtxj,Ytxj)，j＝1,2,…m}，m表示次站雷达观测数据的总点数；步骤4：在统一直角坐标系中，使用加权直线航迹线参数估计模型，分别对主站雷达观测数据、次站雷达观测数据和次站雷达系统误差修正数据进行直线参数迭代估计，得到主站观测航迹线参数(kz,dz)、次站观测航迹线参数(kc,dc)和次站修正航迹线参数(kx,dx)；所述kz、kc、kx分别表示直线的斜率，dz、dc、dx分别表示直线的截距；步骤5：分别计算次站观测航迹线、次站修正航迹线与主站观测航迹线的相对熵JSc和JSx；相对熵越小，表明两条航迹线越相似；步骤6：次站修正航迹线系统误差估值有效性指标V表示为：2.如权利要求1所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：选取空中目标处于直线航迹线时，主站雷达、次站雷达同时段上报的一段目标观测数据；步骤1.2：选取的主站雷达观测数据为：{(ρzi,θzi,tzi)，i＝1,2,…n}表示tzi时刻主站雷达测得的目标距离ρzi和方位θzi，其中θzi∈[0,360),单位为度，雷达正北方向为0度，正东为90度，顺时针为正；n表示主站雷达观测数据的总点数；步骤1.3：选取的次站雷达观测数据为：{(ρcj,θcj,tcj)，j＝1,2,…m}，表示tcj时刻次站雷达测得的目标距离ρcj和方位θcj，且|tc1-tz1|≤T，|tcm-tzn|≤T，m表示次站雷达观测数据的总点数。3.如权利要求2所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述步骤1.1中，每部雷达观测数据点数量不少于10点。4.如权利要求2所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述步骤1.1中，所述同时段是指：主站雷达观测数据、次站雷达观测数据的首点和末点时间差均不大于1个雷达探测周期T。5.如权利要求4所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述雷达探测周期T为10或20秒。6.如权利要求2所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：将主站雷达观测数据中的(ρzi,θzi)，i＝1,2,…n，转换为以本站为中心的二维直角坐标(Xzi,Yzi)：Xzi＝ρzisinθziYzi＝ρzicosθzi步骤2.2：将(Xzi,Yzi)，i＝1,2,…n转换为中心统一直角坐标(Xtzi,Ytzi)：Xtzi＝Xzicosδxz-Yzisinδxz+XzxYtzi＝Xzisinδxz+Yzicosδxz+Yzx其中：(Xzx,Yzx)为主站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标；δxz为主站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差，单位为弧度。7.如权利要求6所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：将次站雷达观测数据中的(ρcj,θcj)，j＝1,2,…m转换为以本站为中心的二维直角坐标(Xcj,Ycj)：Xcj＝ρcjsinθcjYcj＝ρcjcosθcj步骤3.2：将(Xcj,Ycj)，j＝1,2,…m转换为中心统一直角坐标(Xtcj,Ytcj)：Xtcj＝Xcjcosδxc-Ycjsinδxc+XcxYtcj＝Xcjsinδxc+Ycjcosδxc+Ycx其中：(Xcx,Ycx)为次站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标；δxc为次站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差，单位为弧度；步骤3.3：将次站雷达系统误差修正数据(ρxj,θxj)，j＝1,2,…m转换为以本站为中心的二维直角坐标(Xxj,Yxj)：Xxj＝ρxjsinθxjYxj＝ρxjcosθxj此处若假设次站系统误差估值为(Δρ,Δθ,Δx,Δy)，表示次站雷达在测距、测向和站址定位上存在的相对于主站的系统误差，则有如下关系存在：ρxj＝ρcj-Δρθxj＝θcj-Δθ步骤3.4：将(Xxj,Yxj)，j＝1,2,…m转换为中心统一直角坐标(Xtxj,Ytxj)：Xtxj＝Xxjcosδxc-Yxjsinδxc+Xcx-ΔxYtxj＝Xxjsinδxc+Yxjcosδxc+Ycx-Δy其中：(Xcx,Ycx)为次站雷达在中心统一直角坐标系中的坐标；δxc为次站雷达站址与直角坐标系中心点的经度差，单位为弧度；(Δx,Δy)表示次站相对于主站的站址定位系统误差。8.如权利要求7所述的雷达相对系统误差估值有效性评价方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：步骤4.1：采用不加权直线航迹线参数估计模型粗略估计主站雷达观测到的直线航迹线y-k1x-d1＝0，其中k1为直线的斜率，d1为直线在Y轴上的截距，步骤4.1包括如下步骤：步骤4.1.1：用主站雷达所有观测点{(Xtzi,Ytzi),i＝1,2,...n}到该直线的距离li的平方和最小作为条件构造直线，计算在此...

【专利技术属性】
技术研发人员：高效，戴乐，李光伟，郑虹，陈超，张丽，刘东红，邢姗姗，吴志宏，马铭岩，刘文华，张明，刘冰，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军研究院战略预警研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11