一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法技术

本发明专利技术公开了一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法。该方法步骤如下：将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式；参数化表示两部独立运动雷达之间的空间变换关系，根据各个雷达站测量得到的目标轨迹，建立统一的空间和时间坐标系下的误差最小函数；对空间对准参数和时间对准参数交替迭代，求解误差最小函数，估计出雷达站之间的时间和空间对准参数。本发明专利技术能够在组网雷达的空间和同步关系未知的情况下，对不同空间坐标系下的测量数据进行配准，提高了信息融合后的目标跟踪精度和跟踪范围。了信息融合后的目标跟踪精度和跟踪范围。了信息融合后的目标跟踪精度和跟踪范围。

【技术实现步骤摘要】
一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法


[0001]本专利技术属于信号处理
，特别是一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法。

技术介绍

[0002]雷达组网用于采集和融合多个雷达站的观测信息，各雷达获取的信息由中心站综合处理。在现代战争中，雷达组网是对抗电子干扰的有效手段，雷达组网增强了武器系统信息互联和生存能力。
[0003]在实际的雷达组网中，即使观测到相同的目标，来自不同传感器的测量也可能不同步。由于每个传感器的任务、性能和环境不同，所采用的坐标也不同，因此测量数据不能直接融合，各雷达获取的信息必须统一在同一时空背景下，即时空配准。
[0004]时空配准是组网雷达数据融合的前提。时空配准直接影响后续数据融合的精度，进而影响雷达网络的性能。组网雷达的时间误差是由多种原因引起的，包括不同的测量周期、不同的启动时间和通信网络中的传输时延。因此，时间对齐要解决的问题是将多源异步数据同步到同一时间。它保证了数据融合输入是同一时间对同一目标的测量。此外，空间对准需要解决的问题是将不同雷达的坐标系转换为一个共同的坐标系。由于雷达位置、姿态和测量的偏差，弹道融合存在系统误差，还采用空间配准来估计和补偿误差。因此，对组网雷达的时空对准过程进行分析和研究具有十分重要的意义。而对于任意运动的雷达网络，由于多雷达之间的相对位置以及姿态角度不再固定不变，其空间变换关系在不同CPI周期内是变化的。现有的对任意运动组网雷达的配准算法，都需要由全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)提供雷达在每个采样时刻所处的位置和姿态，并且需要组网雷达的测量值是时间同步的。当组网雷达的空间和同步关系未知时，则无法完成任意运动雷达的空时配准。因此在没有任何先验知识的情况下，如何设计一种任意运动的组网雷达空间时间配准方法是待解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种任意运动的组网雷达空间时间配准方法，在组网雷达的空间和同步关系未知的情况下完成信息的配准。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法，步骤如下：
[0007]步骤1、将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式；
[0008]步骤2、参数化表示两部独立运动雷达之间的空间变换关系，根据各个雷达站测量得到的目标轨迹，建立统一的空间和时间坐标系下的误差最小函数；
[0009]步骤3、对空间对准参数和时间对准参数交替迭代，求解误差最小函数，估计出雷达站之间的时间和空间对准参数。
[0010]进一步地，步骤1所述将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式，具体如下：
[0011]组网雷达中包括A,B两部雷达，P(t)＝[x
A
(t),y
A
(t),z
A
(t),1]T
为雷达A在时间t测量得到的目标坐标，Q(t
′
)＝[x
B
(t
′
),y
B
(t
′
),z
B
(t
′
),1]T
为雷达B在时间t
′
测量得到的目标坐标；
[0012]建立两部雷达位置关系的旋转矩阵和平移矩阵的动态模型，t时间两部雷达的空时变换关系为：
[0013]P(t)＝H(t)
·
Q(t
′
)
[0014]t
′
＝s
·
t+Δt
[0015]其中H(t)为空间变换矩阵，该矩阵中包含旋转和平移信息，s和Δt是时间配准参数，分别为两部雷达的时钟尺度变换因子和时延；
[0016]在雷达探测过程中，时间t是离散的采样时间，表示为t＝i
·
T，T为一个CPI的时长，i为测量周期的计数，因此P(t),H(t),Q(t
′
)表示为P
i
，H
i
,Q
i
′
，所述Q
i
′
是与P
i
对应的空时点，旋转矩阵H
i
的表达式为
[0017][0018]式中α
i
,β
i
,γ
i
为i测量周期的旋转角度，为i测量周期的平移向量；
[0019]将任意运动雷达B随时间变化的运动轨迹和运动姿态建模为基函数的线性表示形式，所述基函数采用二阶DCT基函数。
[0020]进一步地，步骤2所述参数化表示两部独立运动雷达之间的空间变换关系，根据各个雷达站测量得到的目标轨迹，建立统一的空间和时间坐标系下的误差最小函数，具体如下：
[0021]DCT变换系数Θ＝[a0,a1,a2,b0,b1,b2,c0,c1,c2,d0,d1,d2,e0,e1,e2,f0,f1,f2]T
参数化表示两部独立运动雷达之间的空间变换关系
[0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028]式中，N是信号点数；同时考虑空间和时间配准问题，需要配准的空时变换参数包括(Θ,s,Δt)；
[0029]建立统一的空间和时间背景下的误差最小函数J如下：
[0030][0031]进一步地，步骤3所述对空间对准参数和时间对准参数交替迭代，求解该误差最小函数，估计出雷达站之间的时间和空间对准参数，具体如下：
[0032]对于空间配准模块，采用梯度下降法求解空间配准参数
[0033][0034]其中，ω是下降步长，D
Θ
J是J对Θ的导数，k是迭代次数；
[0035]采用链式法则将D
Θ
J进行分解，得到式中，是 e
i
对H
i
的导数，是H
i
对τ
i
的导数，D
Θ
τ
i
是τ
i
对Θ的导数，式中
[0036]e
i
＝H
i
·
Q
i
′-P
i
[0037][0038][0039][0040]式中为克罗内克积，I4×4为4
×
4的单位矩阵；
[0041][0042]其中(
·
)
i,j
表示矩阵第i行第j列的元素；
[0043][0044]其中
[0045]建立时间配准模型，根据空间配准参数对雷达B测量得到的目标轨迹进行空间变换，得到
[0046]Q
′
(t
′
)＝H(t)
·
Q(t
′
)
[0047]其中，Q
′
(t
′
)为空间配准后的雷达B得到的目标轨迹点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法，其特征在于，步骤如下：步骤1、将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式；步骤2、参数化表示两部独立任意雷达之间的空间变换关系，根据各个雷达站测量得到的目标轨迹，建立统一的空间和时间坐标系下的误差最小函数；步骤3、对空间对准参数和时间对准参数交替迭代，求解误差最小函数，估计出雷达站之间的时间和空间对准参数。2.根据权利要求1所述的任意运动组网雷达的空间时间配准方法，其特征在于，步骤1所述将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式，具体如下：组网雷达中包括A,B两部雷达，P(t)＝[x
A
(t),y
A
(t),z
A
(t),1]
T
为雷达A在时间t测量得到的目标坐标，Q(t
′
)＝[x
B
(t
′
),y
B
(t
′
),z
B
(t
′
),1]
T
为雷达B在时间t
′
测量得到的目标坐标；建立两部雷达位置关系的旋转矩阵和平移矩阵的动态模型，t时间两部雷达的空时变换关系为：P(t)＝H(t)
·
Q(t
′
)t
′
＝s
·
t+Δt其中H(t)为空间变换矩阵，该矩阵中包含旋转和平移信息，s和Δt是时间配准参数，分别为两部雷达的时钟尺度变换因子和时延；在雷达探测过程中，时间t是离散的采样时间，表示为t＝i
·
T，T为一个CPI的时长，i为测量周期的计数，因此P(t),H(t),Q(t
′
)表示为P
i
，H
i
,Q
i
′
，所述Q
i
′
是与P
i
对应的空时点，旋转矩阵H
i
的表达式为式中α
i
,β
i
,γ
i
为i测量周期的旋转角度，为i测量周期的平移向量；将任意运动雷达B随时间变化的运动轨迹和运动姿态建模为基函数的线性表示形式，所述基函数采用二阶DCT基函数。3.根据权利要求2所述的任意运动组网雷达的空间时间配准方法，其特征在于，步骤2所述参数化表示两部独立运...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉兵，丛潇雨，盛卫星，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：