BDS系統(tǒng)與雷達信息融合研究

趙永剛

（91245部隊，遼寧葫蘆島，125001）

BDS系統(tǒng)與雷達信息融合研究

趙永剛

（91245部隊，遼寧葫蘆島，125001）

對雷達和BDS的數(shù)據(jù)進行了介紹，對其特點進行了比較，并介紹了兩者數(shù)據(jù)融合的結(jié)構(gòu)模型。主要介紹了雷達和BDS在數(shù)據(jù)預處理、以及航跡關聯(lián)和航跡融合的現(xiàn)況。

雷達；BDS；信息融合

0 引言

中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是一種新的導航系統(tǒng)，可以在范圍為各類用戶全天候、全天提供高精度、高可靠的定位、導航和授時服務，具有短報文通信能力，具有區(qū)域?qū)Ш?、定位和定時的能力，定位精度10米，0.2米/秒的測量精度，10納秒的時間精度。然而，作為一個具有全景監(jiān)視能力的自主檢測設備，雷達的功能仍然是不可替代的。通過雷達和BDS信息相結(jié)合，船舶航行安全信息系統(tǒng)可以實現(xiàn)彼此的優(yōu)勢互補，從而發(fā)揮更大的作用在船舶航行安全。雷達和BDS信息融合是信息在時間和空間上是統(tǒng)一的前提下，最關鍵的是跟蹤相關的決定，這是形成最終的軌道[1]。

1 雷達與BDS的數(shù)據(jù)特點

在獲取信息的方法中，雷達是一種有源傳感器，它通過發(fā)射電磁能量和接收兩個散射回波來獲得目標的位置和運動參數(shù)。因此，雷達可以獲得全景圖像的交通圖像，除了所有的移動目標，靜止和靜止的目標，和其他環(huán)境信息。此外，雷達目標回波可以在一定程度上反映目標的大小和形狀。目標的BDS的檢測是非自主的，它只能接收船舶信息與BDS系統(tǒng)。BDS信息包括位置、航向、速度、距離等動態(tài)信息。兩個傳感器的信息特征如表1所示。

表1 雷達與AIS的信息特點比較

雷達存在盲區(qū)不存在盲區(qū)受氣象、地形和海況的影響大受氣象、地形和海況的影響小多目標處于近距離時易造成目標丟失或誤跟蹤在限定的目標數(shù)內(nèi)，不會出現(xiàn)問題數(shù)據(jù)精度不高，信息量少數(shù)據(jù)精度高，信息量大

2 信息融合結(jié)構(gòu)模型

由于雷達信息處理系統(tǒng)和BDS是獨立的，以較低的價格擁有較高的可靠性和可用性的分布式結(jié)構(gòu)，減少數(shù)據(jù)總線的帶寬和數(shù)據(jù)處理的要求，與集中式結(jié)構(gòu)相同或相近的精度。因此，雷達和BDS進行信息融合，使用分布式結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

3 數(shù)據(jù)預處理

數(shù)據(jù)預處理主要由坐標變換及時間對準組成。由于雷達和BDS觀察時間不同，空間參考點，雙方的數(shù)據(jù)應進行預處理，為了方便信息融合。

3.1 坐標變換

BDS和雷達有不同的方法來描述目標的位置。目標的位置數(shù)據(jù)通過BDS是來自船舶的BDS是緯度和經(jīng)度的地理坐標表示。雷達目標位置以距離和方位極坐標表示。為了便于后續(xù)處理，這兩個被轉(zhuǎn)換為直角坐標系，如圖2所示。

圖中，rT表示雷達獲得的目標位置，aT表示BDS獲得的目標位置，（rX,rY）表示雷達信息數(shù)據(jù)的直角坐標，（aX,aY）表示BDS信息數(shù)據(jù)的直角坐標。

圖1 雷達與BDS數(shù)據(jù)融合模型

3.1.1 BDS數(shù)據(jù)的坐標變換

BDS接收機提供的目標位置數(shù)據(jù)格式是WGS-84坐標系，經(jīng)常用以下兩種方法將其轉(zhuǎn)換成直角坐標。

高斯-克呂格投影:高斯-克呂格投影是一個橫向切向的橢圓柱面投影。這是一個橢圓柱橫切地球橢球，橢球相切的橢圓柱面作為經(jīng)線的投影，稱為中央經(jīng)線，然后根據(jù)一定的約束條件，如投影條件，將中央子午線的投影范圍內(nèi)雙方提供橢圓柱面，從而得到高斯的投影點。

圖2 雷達與BDS目標位置數(shù)據(jù)坐標變換示意圖

近似計算:計算公式

其中，(L0,B0)表示本船的地理坐標，(La,Ba)表示BDS目標位置數(shù)據(jù)的地理坐標。

在方法1中BDS的目標位置數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換是非常復雜的，并對該公式的準確性和局限性值得探討。此外，這種方法很難實現(xiàn)計算機的快速計算，而且處理海量數(shù)據(jù)比較困難。在方法2中，轉(zhuǎn)換方法簡單方便，但采用近似公式，即不能保證同一水平面上被測目標的精度。

3.1.2 雷達目標位置數(shù)據(jù)的坐標變換

雷達目標位置數(shù)據(jù)的坐標采用極坐標，表示為距離R和方位θ,將其轉(zhuǎn)換為直角坐標系的計算公式為[2]

3.2 時間對準

通常雷達的掃描周期較為固定且時間間隔相同，因此雷達信息時間間隔穩(wěn)定。BDS信息在不同狀態(tài)下時間間隔是不同的。所以需要對雷達和BDS目標信息進行時間對準。

時間對準通常采用以下三種方法。

3.2.1 最鄰近規(guī)則試探法。

假設在一個時間段內(nèi)BDS和雷達的采樣時刻分別如下：BDS采樣時刻序列：雷達采樣時刻序列：把這個時間段內(nèi)BDS和雷達的采樣時刻序列聚為一個集合。式中n=f+t。在此基礎上，使用最近鄰規(guī)則啟發(fā)式的時間對準，即，均勻的采樣時間序列被確定。

3.2.2 自適應時間對準。

分析由于方法2將使用自動調(diào)節(jié)采樣時刻作為基準數(shù)據(jù)，采樣點比方法1多；而且減少了對時刻的計算，因此避免了誤差產(chǎn)生的機會，所以在理論方法2比方法1要好。

3.3 BDS信息插值和外推。

由于BDS廣播信息的動態(tài)區(qū)間在艦船的不同狀態(tài)的不同，雷達和BDS信息可以插或外推內(nèi)兩個廣播間隔時間對準。例如，動態(tài)信息插值、線性時間插值和樣條插值等。

4 航跡關聯(lián)

雷達和BDS信息融合航跡相關，這是關鍵的問題，無論是從兩個傳感器，兩軌道代表相同的目標。它解決了傳感器在空間覆蓋范圍內(nèi)的重復跟蹤問題，從某種意義上說，航跡相關就是“重復”。當目標相對較遠，沒有干擾時，進行航跡關聯(lián)比較容易。當區(qū)域內(nèi)目標較多，目標相距較近，航跡存在交叉等干擾時航跡關聯(lián)比較復雜。航跡關聯(lián)算法可分為兩類：一是基于統(tǒng)計的方法，二是基于模糊數(shù)字的方法。

5 航跡融合

根據(jù)實際經(jīng)驗表明，航跡融合可以對同一目標的航跡進行處理，可以得到目標狀態(tài)估計。航跡融合的方法主要是結(jié)合位置信息接收的BDS根據(jù)精密測量雷達的位置信息，從而提高跟蹤精度。此外，如果雷達探測的目標丟失或接收的BDS的信息丟失，可靠性將由軌道合并改進。融合精度的觀察結(jié)果取決于兩個傳感器，因此有必要研究如何提高單傳感器的精度，如單傳感器濾波的檢測級融合，從而提高精度。

6 結(jié)束語

雷達與BDS信息融合是異類傳感器信息融合的一個研究熱點。由于能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢互補，提高目標航跡的精度與可靠性，因而引起了廣泛的關注。本文對基于雷達與BDS傳感器的信息融合進行了系統(tǒng)的闡述，包括數(shù)據(jù)特點比較、信息融合結(jié)構(gòu)模式、數(shù)據(jù)預處理、航跡關聯(lián)和航跡融合，這些內(nèi)容對雷達與BDS融合系統(tǒng)的設計和算法研究都具有一定的參考意義。在雷達與BDS信息融合中，仍有許多問題有待于進一步研究。

[1]花漢兵.雷達組網(wǎng)的特點及其關鍵技術研究[J].現(xiàn)代電子技術,2007,23：33-35.

[2]錢駿,李棟.多雷達數(shù)據(jù)融合中的數(shù)據(jù)預處理[J].火控雷達技術,2009,9：55-58.

Research on BDS system and radar information fusion

Zhao Yonggang
(Unit 91245 of PLA，Huludao Liaoning,125001)

The data of radar and BDS are introduced, their characteristics are compared, and the structure model of data fusion is introduced. This paper mainly introduces radar and BDS data preprocessing, track correlation and track fusion.

radar; BDS; information fusion