基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法技术

本发明专利技术提出一种基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法，首先，确定传感器的地心坐标系下坐标以及转换矩阵，将传感器对基准目标的距离和角度量测等效转换为目标在地心坐标系的坐标；然后计算等效零偏之差的理论近似公式；计算等效零偏并进行补偿；最后计算等效零偏有效性指标并对等效零偏有效性进行评估

【技术实现步骤摘要】
基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法


[0001]本专利技术涉及利用主动传感器对目标量测进行等效零偏补偿和有效性评估的方法
。
该方法对量测相近目标等效零偏的差进行了定量理论分析，并给出了对多目标进行等效零偏补偿和有效性评估的合理方案
。

技术介绍

[0002]当两个主动传感器对多个相近目标进行量测时，一方面，由于传感器的量测具有零偏等误差，即使是同一目标，在两个传感器的量测转换到地心坐标系的位置之间也有明显的偏差，这一偏差常被称为等效零偏；另一方面，当多个目标之间较为接近时，不能保证两个传感器对目标的量测数据组内元素可以一一对应
。
这使得两个传感器的量测之间难以进行匹配和信息融合
。
为了克服此问题，需要对传感器的量测进行等效零偏补偿，从而使得来自同一目标的量测或者等价量测尽可能接近
。
对于多个目标，在等效零偏未知时，直接进行多目标匹配往往较为困难，但先确定两个传感器中的某一对量测数据是来自同一个目标是较容易的
。
[0003]尚未有一种通用的方法适用于此零偏补偿场景，如不进行零偏补偿，或使用传统方法，存在如下的局限性：
[0004]1.
若不进行零偏补偿，同一主动传感器对所有目标的量测聚为一团，而两个主动传感器的量测点之间的距离被零偏主导，难以进行目标匹配或信息融合
。
[0005]2.
传统方法不能说明对于后续的匹配或信息融合等处理，补偿等效零偏后的数据在什么程度上是有效的或可信赖的
。
[0006]3.
基于跟踪的传统方法对获取的数据有较高的要求，计算复杂度较大，无法处理单帧数据，不适用于此场景
。
[0007]为了解决上述问题，本专利技术针对如何对双主动传感器量测到的多目标进行零偏补偿和此补偿方法是否有效问题，建立了相近目标等效零偏之差的理论近似公式，进而提出了等效零偏补偿和有效性评估方法，实现了对多目标进行等效零偏的补偿和有效性的评估
。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题：针对如何对双主动传感器量测到的多目标进行零偏补偿和此补偿方法是否有效问题，建立了相近目标等效零偏之差的理论近似公式，进而提出了等效零偏补偿和有效性评估方法，实现了对多目标进行等效零偏的补偿和有效性的评估
。
[0009]本专利技术的解决方案：确定传感器的地心坐标系下坐标以及转换矩阵，将传感器对基准目标的距离和角度量测等效转换为目标在地心坐标系的坐标；然后计算等效零偏之差的理论近似公式；计算等效零偏并进行补偿；最后计算等效零偏有效性指标并对等效零偏有效性进行评估
。
[0010]下面针对问题，说明本专利技术提出的具体步骤
。
设目标
i
质心相对地心的位置矢量在
地球系下的坐标为
r
i
＝
[x
i y
i z
i
]T
，其中
x
i
,y
i
,z
i
分别为
r
i
在地球坐标系的坐标三个方向的分量
。
传感器
u
和传感器
v
质心相对地心的位置矢量在地球系下的坐标分别为
r
u
＝
[x
u y
u z
u
]T
和
r
v
＝
[x
v y
v z
v
]T
，其中
x
u
,y
u
,z
u
分别为
r
u
在地球坐标系的坐标三个方向的分量，
x
v
,y
v
,z
v
分别为
r
v
在地球坐标系的坐标三个方向的分量
。
和分别为地心坐标系到传感器
u
和传感器
v
坐标系的转换矩阵
。
[0011]以下的坐标转换以传感器
u
和目标
i
为例，对于传感器
v
和及其他目标同理
。
根据传感器
u
所在点的地理北纬度
λ
u
，经度
L
u
，从地心坐标系到传感器
u
坐标系的转换矩阵为：
[0012][0013]传感器
u
地理北纬度
λ
u
，经度
L
u
，以及距地表高度
H
u
到在地心坐标系下的坐标
r
u
的转换关系为：
[0014][0015]其中为第一偏心率，
a0＝
6378137m,b0＝
6356752m。
[0016]传感器
u
到目标
i
相对位置矢量在传感器
u
坐标系下的坐标为：
[0017][0018]传感器
u
到目标
i
相对位置矢量在传感器
u
极坐标下的坐标为：
[0019][0020]传感器
u
对目标
i
的量测为：
[0021][0022]其中分别为目标
i
在传感器
u
的极坐标系下的距离
、
方位角和高度角，为对应的测量误差，包括系统误差和随机误差
。
假设相对于相对于相对于均为小量
。
[0023]传感器
u
对目标
i
的量测在地球系下的坐标为：
[0024][0025]则量测误差矢量在地心坐标系下的坐标为：
[0026][0027]其中分别为在地球坐标系的三个坐标轴方向上，传感器
u
对目标
i
的量测位置与目标
i
实际位置的差
。
[0028]则传感器
u
和传感器
v
在目标
i
的等效零偏为：
[0029][0030]这一等效零偏
B
i
说明，即使是同一目标，其在不同传感器下的量测，转换到地心坐标系下的位置坐标也可能存在明显差异
。
为了便于后续的目标匹配或信息融合的进行，需要对量测补偿等效零偏
。
[0031]在实际应用中，往往无法获取每一个目标的等效零偏
。
从而，对于相近的目标，补偿一个统一的等效零偏是常用方法
。
对于某一给定的等效零偏等效零偏补偿方法为：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法，设目标
i
质心相对地心的位置矢量在地球系下的坐标为
r
i
＝
[x
i y
i z
i
]
T
，其中
x
i
,y
i
,z
i
分别为
r
i
在地球坐标系的坐标三个方向的分量；传感器
u
和传感器
v
质心相对地心的位置矢量在地球系下的坐标分别为
r
u
＝
[x
u y
u z
u
]
T
和
r
v
＝
[x
v y
v z
v
]
T
，其中
x
u
,y
u
,z
u
分别为
r
u
在地球坐标系的坐标三个方向的分量，
x
v
,y
v
,z
v
分别为
r
v
在地球坐标系的坐标三个方向的分量；和分别为地心坐标系到传感器
u
和传感器
v
坐标系的转换矩阵；其特征在于，包括如下步骤：步骤一：确定传感器的地心坐标系下坐标以及转换矩阵，将传感器对目标的距离和角度量测转换为目标在地心坐标系的坐标；步骤二：计算等效零偏的近似公式；步骤三：根据基准目标量测数据，计算等效零偏并对多目标进行补偿；步骤四：评估等效零偏补偿的有效性
。2.
根据权利要求1所述的基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法，其特征在于：在步骤一中，传感器
u
所在点的地理北纬度
λ
u
，经度
L
u
，从地心坐标系到传感器
u
坐标系的转换矩阵为：传感器
u
地理北纬度
λ
u
，经度
L
u
，以及距地表高度
H
u
到在地心坐标系下的坐标
r
u
的转换关系为：其中为第一偏心率，
a0＝
6378137m,b0＝
6356752m。3.
根据权利要求1或2所述的基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法，其特征在于：传感器
u
对目标
i
的带误差的量测为：传感器
u
对目标
i
的量测在地球系下的坐标为：
4.
根据权利要求1所述的基于双主动传感器多目标等效零偏补偿及有效性评估方法，其特征在于：在步骤二中，设目标
i
在传感器
u
坐标下的坐标为在传感器
u
的极坐标系下的坐标为记：记：记：记：记：设为传感器
u
对目标
i
的距...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛文超，胡圣华，牟必强，方海涛，
申请(专利权)人：中国科学院数学与系统科学研究院，
类型：发明
国别省市：