基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感器數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域,適用于無源被動傳感器測向交叉定位系統(tǒng)對多 目標跟蹤過程中虛假交叉點的去除。
【背景技術(shù)】
[0002] 無源定位系統(tǒng)隱蔽性能好、抗干擾能力強、作用距離遠,最常用的一種無源定位方 法是利用輻射源的角度量測信息進行目標的定位,而測向交叉定位是多站無源定位的主要 方式之一,能夠有效對抗干擾。被動傳感器根據(jù)測得的角度信息通過交叉定位來獲得目標 的位置信息,但是,當該系統(tǒng)處在多目標環(huán)境中,就會面臨嚴重的虛假交叉點消除問題。
[0003] 虛假交叉點由傳感器與目標的相對位置決定,并且在不同的觀測周期間具有某種 變化規(guī)律,對真實目標軌跡的觀測造成很大的擾亂和迷惑,如何有效地去除這些虛假交叉 點,現(xiàn)有的方法主要有:
[0004] (1)最小距離法。這種方法理論上簡單有效,但是當傳感器數(shù)量較多時,計算量呈 指數(shù)增加,不適于傳感器數(shù)量大于3情況下的實際應(yīng)用;
[0005] (2)方位角粗關(guān)聯(lián)、細關(guān)聯(lián)法。該方法與最小距離法的原理相同,首先將傳感器按 順序兩兩對目標定位,計算定位點間的距離,保留距離和較小的點跡對應(yīng)傳感器量測,然后 對這些傳感器量測按所有可能的兩兩組合對目標進行定位。該方法的弊端是,粗關(guān)聯(lián)過程 舍棄部分有效的數(shù)據(jù),雖然大大降低了計算量,但是很容易定位到虛假交叉點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 1.要解決的技術(shù)問題
[0007] 本發(fā)明的目的根據(jù)重合的交叉點在參量空間落入相同的積累單元,提出一種基于 Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,可以解決虛假交叉點消除問題中信息量 少、計算量大、定位效果差的問題。
[0008] 2.技術(shù)方案
[0009] 本發(fā)明提出的基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特征在于 包括以下技術(shù)措施:
[0010] 步驟一、測向交叉點數(shù)量、重合情況分析:通過幾何三角關(guān)系計算對應(yīng)目標的交叉 點的數(shù)量,這些點相互重合,分情況討論虛假交叉點重合的情況,具體措施為:
[0011] η > 2個被動傳感器跟蹤m個目標,每部傳感器獲得多個方位角量測,傳感器兩兩 交叉定位,最多獲得個交叉點,其中對應(yīng)目標的交叉點是相互重合的,虛假交叉點 大多是孤立的,但也存在重合的情況:
[0012] (I) η > m,虛假點處最大交叉點數(shù)為Ch
[0013] (2)n = m,虛假點處最大交叉點數(shù)為C,〖,并且此種情況的點只可能存在一個;
[0014] (3)n < m,虛假點處最大交叉點數(shù)為g,并且此種情況的點可能存在多個;
[0015] 步驟二、Hough變換數(shù)據(jù)處理參數(shù)初始化:根據(jù)傳感器位置及目標位置,每部傳感 器獲得多個目標的角度量測,根據(jù)傳感器的角度量測誤差對參量空間的角度維進行分割, 確定分割的單元數(shù),具體措施為:
[0016] ,為第i部傳感器的位置坐標,< 為第i部傳感器量測誤差方差,Dij為第i部 和第j部傳感器基線長度,[?...?,?為第i部傳感器的方位角量測;P - Θ為Hough變換 參數(shù)空間,將個點對應(yīng)曲線在積累單元投票,相應(yīng)的投票矩陣為A1, Rmax為單個交叉 點在參量空間對應(yīng)距離最大值,1?_為單個交叉點在參量空間對應(yīng)距離最大值;Δ θ、Δ p 為ρ-θ參量空間積累單元的單元格邊長,其中,Δθ = π/N0,Δρ = (Rmax-Rmin)/Np,N0 為參數(shù)Θ的分割段數(shù),Np為參數(shù)P的分割段數(shù),Thr為二元假設(shè)檢驗門限。
[0017] 步驟三、交叉定位:將傳感器兩兩分組,根據(jù)傳感器位置、傳感器間基線長度及多 個目標的角度量測,獲得交叉點在笛卡爾坐標系下的坐標,具體措施為:
[0018] (1)建立存儲器陣列StoreQ, j);
[0019] (2)將傳感器兩兩分組,每組具有兩組數(shù)據(jù)[?),?,2,…和[?...<];
[0020] (3)兩組數(shù)據(jù)各取一元素結(jié)合Dij三角定位,定位數(shù)據(jù)=彳丨,p = m2存儲在存儲 器陣列
【主權(quán)項】
1.基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特征包括以下步驟: 步驟一、測向交叉點數(shù)量、重合情況分析:通過幾何三角關(guān)系計算對應(yīng)目標的交叉點的 數(shù)量,這些點相互重合,分情況討論虛假交叉點重合的情況; 步驟二、Hough變換數(shù)據(jù)處理參數(shù)初始化:根據(jù)傳感器位置及目標位置,每部傳感器獲 得多個目標的角度量測,根據(jù)傳感器的角度量測誤差對參量空間的角度維進行分割,確定 分割的單元數(shù); 步驟三、交叉定位:將傳感器兩兩分組,根據(jù)傳感器位置、傳感器間基線長度及多個目 標的角度量測,獲得交叉點在笛卡爾坐標系下的坐標; 步驟四、交叉點經(jīng)Hough變換投影到參量空間,所得曲線Q在相應(yīng)的積累單元進行投 票積累:根據(jù)傳感器的量測誤差計算積累單元距離為劃分的最大單元數(shù),使對應(yīng)同一目標 點的交叉點能夠落入相同的積累單元,按順序記錄每個點落入的積累單元的距離維的單元 號,得到序列k,所有交叉點對應(yīng)曲線投票完畢后,記錄每個序列k相應(yīng)的積累值,得到序 列氏; 步驟五、雙門限虛假點判決:根據(jù)積累單元積累值,消除獨立的或重合數(shù)少的交叉點對 應(yīng)曲線,保留的曲線根據(jù)積累單元號相似的程度,確定目標對應(yīng)的曲線; 步驟六、Hough逆變換:經(jīng)過步驟五后,得到有效的參量曲線,在相應(yīng)存儲器單元Memoiy(外,吟)中讀出相應(yīng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)(分,☆),最終完成有效交叉點從參量空間到笛卡爾 空間的映射; 步驟七、與目標交叉點特性相同的虛假交叉點消除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特 征在步驟一所述的測向交叉點分析為 n>2個被動傳感器跟蹤m個目標,每部傳感器獲得多個方位角量測,傳感器兩兩交叉定 位,最多獲得個交叉點,其中對應(yīng)目標的交叉點是相互重合的,虛假交叉點大多是 孤立的,但也存在重合的情況: (1) n>m,虛假點處最大交叉點數(shù)為 (2)n=m,虛假點處最大交叉點數(shù)為0,并且此種情況的點只可能存在一個; (3)n〈m,虛假點處最大交叉點數(shù)為 <,并且此種情況的點可能存在多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特 征在步驟二所述的Hough變換數(shù)據(jù)處理初始化方法為 ?為第i部傳感器的位置坐標,of為第i部傳感器量測誤差方差,為第i部和 第j部傳感器基線長度,[?....<]為第i部傳感器的方位角量測,P-9為Hough變換參 數(shù)空間,將<?個點對應(yīng)曲線在積累單元投票,相應(yīng)的投票矩陣為為單個交叉點 在參量空間對應(yīng)距離最大值,1?_為單個交叉點在參量空間對應(yīng)距離最大值,A0、Ap為p-0參量空間積累單元的單元格邊長,其中,A0 =Ji/N0,Ap= (Rmax-Rmin)/NP,N(^ 參數(shù)0的分割段數(shù),Np為參數(shù)P的分割段數(shù),Thr為二元假設(shè)檢驗門限。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特 征在步驟四所述的交叉點經(jīng)Hough變換后的曲線在積累單元的積累方法為 (1) 積累單元單元數(shù) 建立假設(shè)檢驗: %:源于同一目標的交叉點完全對應(yīng)相同的積累單元 氏:源于同一目標的交叉點不完全對應(yīng)相同的積累單元 根據(jù)傳感器量測誤差及位置幾何關(guān)系,決策門限k>Thr時源于同一目標的交叉能夠 落入相同的積累單元,并據(jù)此計算積累單元的最大劃分單元數(shù)#rx、; (2) 參量空間劃分 將參數(shù)空間P_ 0進行劃分成積累單元,P= [PDP2, ?? ?,PJ,9= [9 1,92,? ? ? ,9n]每個積累單元的中心點為:
納,NesNr、w., (3) 建立積累單元累加器和存儲器 建立積累單元累加器P(P,9),置每一單元為〇,建立存儲器陣列Mem〇ry(P,0),置 存儲單元指針為1 :Index(p,9 ) = 1 ; (4) 將交叉定位狀態(tài){Xd經(jīng)過Hough變換映射到參數(shù)空間中,即把笛卡爾空間中狀態(tài) {Xd中每一個狀態(tài)數(shù)據(jù)[<;<]按照以下Hough變換方程轉(zhuǎn)化到參量空間
定義對應(yīng)的參數(shù)曲線為C1; (5) 投票積累和狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲 在曲線Q對應(yīng)的積累單元進行投票,并將所處的P積累單元的單元號記錄成序列Lp記錄序列k的每個積累單元上的積累值成序列Hi,同時將狀態(tài)數(shù)據(jù)[兮;存儲在相應(yīng)的 存儲單元Memory(P,9 )中; (6) 重復(fù)(3)~(5)直到將所有定位點狀態(tài)映射到參數(shù)空間中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特 征在步驟五所述的虛假交叉判決方法為 ⑴設(shè)定門限Thri,計算投票數(shù)〃;> 77〃;J= 1,2/V,,的數(shù)目,當數(shù)目超過一定值Q時,保 留相應(yīng)的投票單元1 ; (2)再設(shè)定門限Thr2,把保留的記錄單元進行比較,如果重合數(shù)Q#>Thr2,保留相應(yīng)的投 票單元,否則,舍棄。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,其特 征在步驟七所述的與目標具有相同特性的虛假交叉點消除方法為 交叉定位點中可能存在無法與真實目標交叉點區(qū)分的虛假交叉點,從單個觀測周期無 法去除,可以根據(jù)不同觀測周期頑固交叉點會發(fā)散來判別。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于Hough變換的測向交叉定位系統(tǒng)虛假點消除方法,該方法通過Hough變換實現(xiàn)大部分虛假交叉點的去除,并通過相鄰周期比較去除與目標交叉點特性相同的虛假交叉點。本發(fā)明的方法步驟:(一)分析交叉定位點的數(shù)量和重合特點;(二)通過二元假設(shè)檢驗計算參量空間劃分的最多單元數(shù);(三)對交叉點進行Hough變換,并在相應(yīng)的積累單元投票,記錄積累單元號和相應(yīng)的投票數(shù);(四)建立雙門限,逐步排除獨立的交叉點和重合數(shù)少的交叉點;(五)通過Hough逆變換還原積累單元序列對應(yīng)的交叉點狀態(tài);(六)比較相鄰周期保留的交叉點,進一步消除虛假點。本發(fā)明的方法計算量小,定位準確度高,工程實現(xiàn)容易。
【IPC分類】G01S5-04, G01S5-02
【公開號】CN104808173
【申請?zhí)枴緾N201510245991
【發(fā)明人】王國宏, 盛丹, 于洪波, 譚順成, 張翔宇, 吳巍, 孫殿星
【申請人】中國人民解放軍海軍航空工程學(xué)院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月14日