融合航跡與目標(biāo)真實(shí)航跡對(duì)應(yīng)關(guān)系的研究

0航跡關(guān)聯(lián)模型為了評(píng)估多傳感器數(shù)據(jù)集成軟件的性能，有必要確定集成航跡與實(shí)際目標(biāo)軌跡之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后定義相關(guān)指標(biāo)，最終進(jìn)行綜合評(píng)估。文獻(xiàn)提出了一種計(jì)算航跡純度的方法,用來(lái)解決融合航跡與目標(biāo)真實(shí)軌跡的關(guān)聯(lián)這一關(guān)鍵技術(shù)難題。文獻(xiàn)采用JVC方法,對(duì)融合航跡和真實(shí)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)關(guān)聯(lián),然后通過(guò)人工干預(yù)的方式對(duì)關(guān)聯(lián)結(jié)果加以糾正和確認(rèn)。需要建立時(shí)間分割模型,對(duì)融合跟蹤時(shí)間進(jìn)行分段,然后確定在每1分段內(nèi),各融合航跡與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,但是不能從整體上確定融合航跡與真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系,容易出現(xiàn)某條融合航跡在不同時(shí)間段對(duì)應(yīng)不同目標(biāo)的情況。文獻(xiàn)利用與航跡空間距離誤差最小的真值目標(biāo)為其相關(guān)目標(biāo)來(lái)解決航跡的相關(guān)性問(wèn)題。文獻(xiàn)將狀態(tài)估計(jì)投影到量測(cè)空間,與各量測(cè)求取統(tǒng)計(jì)距離,該統(tǒng)計(jì)距離反映了狀態(tài)估計(jì)與量測(cè)的相近程度,將具有最小統(tǒng)計(jì)距離的量測(cè)作為該航跡的關(guān)聯(lián)測(cè)量。但該文獻(xiàn)沒(méi)有給出利用狀態(tài)估計(jì)重構(gòu)量測(cè)向量的表達(dá)式。本文提出一種用于確定融合航跡與真實(shí)航跡對(duì)應(yīng)關(guān)系的方法。該方法通過(guò)計(jì)算融合航跡與每個(gè)真實(shí)目標(biāo)軌跡的相關(guān)度,選取相關(guān)度最大且大于給定閾值的目標(biāo)與該融合航跡對(duì)應(yīng)。通過(guò)設(shè)定距離相關(guān)度閾值,可以得到滿(mǎn)足一定武器打擊精度要求的融合航跡與真實(shí)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1融合航跡數(shù)據(jù)融合假設(shè)有N個(gè)部署在不同位置的雷達(dá)組成雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)中的K個(gè)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視,由其中1部雷達(dá)擔(dān)任中心節(jié)點(diǎn),它實(shí)時(shí)地接收其他雷達(dá)送來(lái)的探測(cè)點(diǎn)跡,并結(jié)合自身的探測(cè)點(diǎn)跡進(jìn)行點(diǎn)跡數(shù)據(jù)融合,得到M條融合航跡。各部雷達(dá)事先不知道目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡。目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡,通過(guò)在目標(biāo)上加裝GPS裝置錄取獲得。為了評(píng)價(jià)融合算法性能的好壞,首要的是確定融合航跡與目標(biāo)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡的對(duì)應(yīng)關(guān)系。假設(shè)某條融合航跡由n個(gè)融合點(diǎn)組成,每個(gè)融合點(diǎn)包含的信息包括所屬融合航跡批號(hào)、輸出該融合點(diǎn)的時(shí)間、對(duì)應(yīng)的所處理的雷達(dá)點(diǎn)跡對(duì)應(yīng)的測(cè)量時(shí)間、融合點(diǎn)的位置(經(jīng)度、緯度、高度)、速度和航向。現(xiàn)在已知有K個(gè)真實(shí)目標(biāo)的軌跡信息。需要估計(jì)該融合航跡是對(duì)應(yīng)哪個(gè)真實(shí)目標(biāo)的融合航跡。2選擇正確的融合航跡本文設(shè)計(jì)的求解方法主要考慮了如下2個(gè)原則:1)1個(gè)真實(shí)目標(biāo)可以對(duì)應(yīng)于多條融合航跡。2)1條融合航跡只能對(duì)應(yīng)1個(gè)真實(shí)目標(biāo)。第一步:判斷融合航跡是否正確。如果該融合航跡的融合點(diǎn)i到真實(shí)目標(biāo)j的距離(在融合點(diǎn)i所對(duì)應(yīng)的雷達(dá)點(diǎn)跡錄取時(shí)刻)不大于給定的距離相關(guān)閾值,那么點(diǎn)i與真實(shí)目標(biāo)j相關(guān)。如果該融合航跡中有l(wèi)個(gè)融合點(diǎn)與目標(biāo)j相關(guān),那么該融合航跡與目標(biāo)j的相關(guān)度為l/n;如果至少存在1個(gè)真值目標(biāo),使得該融合航跡與它的相關(guān)度大于給定的閾值,那么,稱(chēng)該融合航跡為正確的融合航跡。第二步:確定正確融合航跡與目標(biāo)真值的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)正確融合航跡與每個(gè)目標(biāo)真值的相關(guān)度,選取最大相關(guān)度對(duì)應(yīng)的真實(shí)目標(biāo)與該正確融合航跡對(duì)應(yīng)。3生產(chǎn)力指數(shù)的定義12合并軌道的精度假設(shè)融合軟件輸出的融合航跡數(shù)量為M條,其中正確融合航跡有N條,則融合航跡正確率為N/M×100%。2真實(shí)目標(biāo)漏情率測(cè)試首先得到融合系統(tǒng)對(duì)每個(gè)真值目標(biāo)的漏情率,然后將這些漏情率取平均得到。融合系統(tǒng)對(duì)某個(gè)真值目標(biāo)漏情率的計(jì)算方法為:首先找出該真實(shí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的所有正確融合航跡,將這些正確融合航跡所對(duì)應(yīng)的起止時(shí)間段求并集,再求并集的時(shí)間段長(zhǎng)度,用并集的時(shí)間段長(zhǎng)度除以測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)度(假設(shè)真實(shí)目標(biāo)在測(cè)試期間都存在于態(tài)勢(shì)之中)即可。3平均的距離。請(qǐng)將所有的距離分為5.首先得到每個(gè)正確融合航跡到所對(duì)應(yīng)真實(shí)目標(biāo)的距離,然后將這些距離取平均即可得到。求某條正確融合航跡到所對(duì)應(yīng)真實(shí)目標(biāo)距離的計(jì)算方法與文獻(xiàn)相同,需要進(jìn)行一階插值處理。42空間的整合首先得到每個(gè)真實(shí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的正確融合航跡個(gè)數(shù),沒(méi)有對(duì)應(yīng)正確融合航跡的真值目標(biāo)除外,然后將這些個(gè)數(shù)取平均得到。5初始能力測(cè)試用融合航跡的平均起始時(shí)間來(lái)進(jìn)行比較。這個(gè)平均起始時(shí)間越少,融合軟件的航跡起始能力越強(qiáng)。首先找到每個(gè)真值目標(biāo)對(duì)應(yīng)的最早雷達(dá)輸出點(diǎn)跡時(shí)刻(這個(gè)需要進(jìn)行估計(jì));然后,找到每個(gè)真值目標(biāo)對(duì)應(yīng)的融合航跡的第一個(gè)融合點(diǎn)的輸出時(shí)刻(如對(duì)應(yīng)多條融合航跡,選最早的時(shí)刻),二者相減得到對(duì)每個(gè)目標(biāo)起始時(shí)間的估計(jì)。61合并軌跡的平均時(shí)間長(zhǎng)度將所有融合航跡的時(shí)間長(zhǎng)度取平均得到。融合航跡的平均時(shí)間長(zhǎng)度越長(zhǎng)越好,說(shuō)明融合系統(tǒng)輸出的航跡越連續(xù)、越穩(wěn)定。7數(shù)據(jù)處理時(shí)延和時(shí)延融合系統(tǒng)從收到1個(gè)雷達(dá)點(diǎn)跡到對(duì)該點(diǎn)跡處理完畢輸出對(duì)應(yīng)該點(diǎn)跡測(cè)量的融合點(diǎn)所需的時(shí)間為處理時(shí)延。對(duì)融合輸出航跡的每個(gè)融合點(diǎn)都可找到所對(duì)應(yīng)的雷達(dá)點(diǎn)跡時(shí)刻,從而計(jì)算出處理時(shí)延,將所有這些處理時(shí)延取平均得到。處理時(shí)延越小越好。81合并軌跡的平均數(shù)據(jù)更新率先求出融合系統(tǒng)對(duì)每個(gè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)更新率(平均多長(zhǎng)時(shí)間更新對(duì)于該目標(biāo)的融合航跡點(diǎn)一次),然后將這些更新率取平均得到。4虛假融合航跡與真實(shí)目標(biāo)的關(guān)系采用仿真測(cè)試數(shù)據(jù)作為分析的對(duì)象。圖1為目標(biāo)真實(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡,圖中標(biāo)出了真實(shí)目標(biāo)的編號(hào)。圖2為編號(hào)為1的融合單位的融合軟件對(duì)雷達(dá)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合獲得的融合航跡,圖中標(biāo)出了融合航跡的批號(hào)。圖3為編號(hào)為2的融合單位的融合軟件對(duì)雷達(dá)網(wǎng)數(shù)據(jù)融合獲得的融合航跡。采用本文方法尋找融合航跡與真實(shí)目標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)置距離相關(guān)閾值為200m,得到融合單位1的融合航跡與真實(shí)目標(biāo)的相關(guān)度表(見(jiàn)表1)、融合單位2的融合航跡與真實(shí)目標(biāo)的相關(guān)度表(見(jiàn)表2)。設(shè)置相關(guān)度閾值為0.85。也就是說(shuō),如果1條融合航跡85%的融合航跡點(diǎn)與對(duì)應(yīng)時(shí)刻真實(shí)目標(biāo)的距離小于距離相關(guān)閾值,就認(rèn)為該融合航跡與該真實(shí)目標(biāo)相關(guān)。得到融合單位1的融合航跡與真實(shí)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:101<->1,102<->2,103<->4,105<->3,106<->8,107<->5,108<->7,109為1條錯(cuò)誤的融合航跡(虛假的融合航跡);融合單位2的融合航跡與真實(shí)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:1<->1,2<->2,3<->6,4<->4,5<->8,6<->3,7<->5,8<->7,9<->7。通過(guò)圖2、圖3與圖1的對(duì)比,可以看出所得到的結(jié)果具有一定的合理性,融合單位1輸出了1條虛假融合航跡;融合單位2的融合軟件在跟蹤目標(biāo)7時(shí),出現(xiàn)了斷批現(xiàn)象。表3給出了所計(jì)算出的對(duì)于融合單位1和融合單位2數(shù)據(jù)融合軟件融合性能的相關(guān)指標(biāo)值。從表3可看出,融合單位2的平均距離誤差小一些、融合航跡正確率高一些、平均處理時(shí)延小一些、數(shù)據(jù)更新快一些,但融合航跡的零碎度大一些,航跡起始能力弱一些,漏情率高一些。從表中可以看出,融合軟件的航跡起始時(shí)間為負(fù)值。出現(xiàn)這種情況的原因有2種可能,一是估計(jì)雷達(dá)輸出對(duì)應(yīng)目標(biāo)的最早點(diǎn)跡時(shí)刻錯(cuò)誤,二是融合單位的融合軟件進(jìn)行了錯(cuò)誤的航跡起始(即提前用其他點(diǎn)跡起始了,后面又用上了對(duì)應(yīng)目標(biāo)的點(diǎn)跡)。但這不影響對(duì)航跡起始能力的判斷。例如,對(duì)于某個(gè)目標(biāo),雷達(dá)輸出該目標(biāo)最早點(diǎn)跡的真實(shí)時(shí)刻為t=2s,融合單位1輸出該目標(biāo)融合航跡的最早時(shí)刻為t=4s,融合單位2輸出該目標(biāo)融合航跡的最早時(shí)刻為t=5s,很明顯融合單位1的航跡起始能力強(qiáng),但是現(xiàn)在估計(jì)雷達(dá)輸出該目標(biāo)最早點(diǎn)跡時(shí)刻為t=6s,得到融合單位1對(duì)該目標(biāo)的起始時(shí)間為-2s、融合單位2對(duì)該目標(biāo)的起始時(shí)間為-1