一種多源異類傳感器數據融合方法及裝置製造方法
2023-06-16 11:32:16 2
一種多源異類傳感器數據融合方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明適用於數據融合【技術領域】，提供一種多源異類傳感器數據融合方法及裝置，所述方法包括：獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準；根據傳感器類別及精度對對準後的測量數據進行分組；從分組數據進行組內或組間組合，給出目標的完整測量數據，對目標位置進行初步估計；以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基於加權最小二乘法對目標位置進行二次估計。本發明採取了三層融合的定位策略，監控系統能夠快速地獲得高精度的目標定位值，更高效地融合系統前端的各種聲/光/電等多種傳感器所採集的各類目標信息，提高監控指揮的效能。
【專利說明】一種多源異類傳感器數據融合方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於數據融合【技術領域】，尤其涉及一種多源異類傳感器數據融合方法及裝置。
【背景技術】
[0002]當前，監控指揮系統通常以可見光/紅外複合光電探測技術、無線電探測技術以及雷達探測技術等為偵測手段，採取主/被動傳感器相互引導、相互印證的跟蹤策略，形成監控區域綜合態勢。為實現監控區域內對目標的無縫接力跟蹤，需要針對系統中光電、雷達、無線電等多種不同體制、不同採樣率的測量信息，提出一種快速、有效的多源異類傳感器系統的數據融合算法。
[0003]在數據融合中，測量數據的時間對準及目標的定位都有單獨的理論上可實現的方法，常用的多源異類傳感器數據融合流程如圖1所示，前端傳感器通常為不完全測量數據，在多源異類傳感器系統中，通常是直接通過交叉定位給出目標估計值，當系統輸入增多時將導致有限的信息淹沒在大量虛假定位點中，融合結果大打折扣。
【發明內容】
[0004]鑑於上述問題，本發明的目的在於提供一種多源異類傳感器數據融合方法及裝置，旨在解決現有數據融合方法計算複雜度高、定位不準確的技術問題。
[0005]一方面，所述多源異類傳感器數據融合方法包括下述步驟:
[0006]獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上；
[0007]根據傳感器類別及精度對對準後的測量數據進行分組；
[0008]從分組數據中選擇精度較高的一組數據進行組內組合和/或選擇精度較高的兩組數據進行組間組合，給出目標的完整測量數據，對目標位置進行初步估計；
[0009]以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基於加權最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
[0010]另一方面，所述多源異類傳感器數據融合裝置包括:
[0011]時間對準模塊，用於獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上；
[0012]第一融合模塊，用於根據傳感器類別及精度對對準後的測量數據進行分組；
[0013]第二融合模塊，用於從分組數據中選擇精度較高的一組數據進行組內組合和/或選擇精度較高的兩組數據進行組間組合，給出目標的完整測量數據，對目標位置進行初步估計；
[0014]第三融合模塊，用於以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基於加權最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
[0015]本發明的有益效果是:本發明基於樣條擬合及不完整測量補齊方法，提出了多源異質快速分層數據融合算法，很大程度上降低了目標定位的複雜度；另外，在數據補齊過程中，根據不同類別進行分組以及相應的數據組合，改進了算法精度，在提高融合定位效率的同時，進一步優化了跟蹤效果。通過本發明，監控系統能夠快速地獲得高精度的目標定位值，更高效地融合系統前端的各種聲/光/電等多種傳感器所採集的各類目標信息，提高監控指揮的效能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是現有多源異類傳感器數據融合方法的流程圖；
[0017]圖2是本發明實施例提供的多源異類傳感器數據融合方法的一種流程圖；
[0018]圖3是2D雷達測量的聞低角不意圖；
[0019]圖4是2D被動傳感器的距離示意圖；
[0020]圖5是2D被動傳感器的交叉定位的示意圖；
[0021 ]圖6是2D被動傳感器與雷射測距組合示意圖；
[0022]圖7是本發明實施例提供的多源異類傳感器數據融合方法的另一種流程圖；
[0023]圖8是本發明實施例提供的多源異類傳感器數據融合裝置的結構方框圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0025]為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0026]實施例一:
[0027]圖2示出了本發明實施例提供的多源異類傳感器數據融合方法的流程，為了便於說明僅不出了與本發明實施例相關的部分。
[0028]步驟S21、獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上。
[0029]傳感器輸出的測量量是一個數據序列，由於不同傳感器的採集頻率和採集時間間隔不同，因此各個傳感器輸出的測量數據不同步，本步驟實現了將不同傳感器的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上。具體的包括:
[0030]S211、針對每個傳感器構造一個三次樣條插值函數，經過樣條插值擬合，得到一條平滑曲線。
[0031]假設某個傳感器某一時間段[a，b]內對目標進行了 n+1次測量，將整個時間區間按採樣時刻劃分為a = t0〈tl〈…<tn = b,給定的時刻點ti對應的觀測值為:f (ti) = yi (i=O, I,…η),構造一個三次樣條插值函數s (X),使其滿足下列條件:
[0032]①s (ti) = yi, i = 0，1，...η ;
[0033]②s(t)在每個小區間[ti, ti+Ι]上是一個三次多項式，i = O, I,…η ；
[0034]③s (t)在[a，b]上具有二階連續導數。
[0035]三次樣條插值函數的構造過程如下:
[0036]記Iiii = S，(i = O, I, 2，...，η)，在每個小區間[ti； ti+1] (i = O, I,...η)上，利用Hermite插值公式寫出三次樣條插值函數s (t)的計算公式:
【權利要求】
1.一種多源異類傳感器數據融合方法，其特徵在於，所述數據融合方法包括: 獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上； 根據傳感器類別及精度對對準後的測量數據進行分組； 從分組數據中選擇精度較高的一組數據進行組內組合和/或選擇精度較高的兩組數據進行組間組合，給出目標的完整測量數據，對目標位置進行初步估計； 以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基於加權最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
2.如權利要求1所述多源異類傳感器數據融合方法，其特徵在於，所述獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上步驟，具體包括: 針對每個傳感器構造一個三次樣條插值函數，經過樣條插值擬合，得到一條平滑曲線.以其中一個傳感器的採樣時刻為準，從其他傳感器的平滑曲線中取出相應時刻的測量值，實現時間對準 。
3.如權利要求2所述多源異類傳感器數據融合方法，其特徵在於，測量數據經分組後包括2D雷達數據、2D被動傳感器數據以及雷射測距數據。
4.如權利要求3所述多源異類傳感器數據融合方法，其特徵在於，所述從分組數據中選擇精度較高的一組數據進行組內組合和/或選擇精度較高的兩組數據進行組間組合，給出目標的完整測量數據，對目標位置進行初步估計步驟，具體包括: 用2D雷達數據和2D被動傳感器數據之間冗餘信息補充不完整測量數據； 用2D被動傳感器數據組內的冗餘信息補充不完整測量數據； 用2D被動傳感器數據和雷射測距數據進行配對組合得到完整測量數據； 得到完整測量數據後，對目標位置進行初步估計。
5.如權利要求4所述多源異類傳感器數據融合方法，其特徵在於，所述以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基於加權最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值步驟，具體包括: 將目標位置初估值作為參考點，得到傳感器相應的測量方程； 將測量方程在參考點處線性化，利用擴展的加權最小二乘法進行目標位置的二次估計； 輸出二次估計值作為目標定位值。
6.如權利要求5所述多源異類傳感器數據融合方法，其特徵在於，將目標位置初估值作為參考點後，調整參考點的位置。
7.一種多源異類傳感器數據融合裝置，其特徵在於，所述裝置包括: 時間對準模塊，用於獲取各個傳感器的測量數據，並採用樣條擬合方法將時間不同步、頻率不一致的測量數據進行時間對準，統一到一個時間點上； 第一融合模塊，用於根據傳感器類別及精度對對準後的測量數據進行分組； 第二融合模塊，用於從分組數據中選擇精度較高的一組數據進行組內組合和/或選擇精度較高的兩組數據進行組間組合，給出目標的完整測量數據，對目標位置進行初步估計； 第三融合模塊，用於以目標位置的初估值作為參考點，對測量方程進行線性變換，基於加權最小二乘法對目標位置進行二次估計，輸出二次估計值。
8.如權利要求7所述裝置，其特徵在於，所述時間對準模塊包括: 樣條擬合單元，用於針對每個傳感器構造一個三次樣條插值函數，經過樣條插值擬合，得到一條平滑曲線； 時間同步單元，用於以其中一個傳感器的採樣時刻為準，從所述其他傳感器的平滑曲線中取出相應時刻的測量值，實現時間對準。
9.如權利要求8所述裝置，其特徵在於，所述第三融合模塊包括: 參考點設置單元，用於將目標位置初估值作為參考點，得到傳感器相應的測量方程；線性化單元，用於將測量方程在參考點處線性化，利用擴展的加權最小二乘法進行目標位置的二次估計； 位置輸出單元，用於輸出二次估計值作為目標定位值。
10.如權利要求9所述裝置，其特徵在於，所述第三融合模塊包括: 參考點調整單元，用於將目標位置初估值作為參考點後，調整參考點的位置。
【文檔編號】G06F19/00GK103942447SQ201410180760
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】劉洋, 徐毓, 黃偉平, 李鋒 申請人:中國人民解放軍空軍預警學院監控系統工程研究所