CN111141276A - 一种基于多源传感器的航迹关联置信度评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多源传感器的航迹关联置信度评估方法，在利用传感器信息进行航迹关联计算时，采用航迹或点迹关联质量系数来描述航迹关联结算结果的可信度的大小，采用环境影响系数、数据一致性系数和数据来源精度系数，来定量描述传感器信息的精度、环境信息，目标属性信息对关联结果的影响，可以相对全面的对航迹关联的置信度进行评估。

Description

一种基于多源传感器的航迹关联置信度评估方法
技术领域
本申请涉及电子信息领域，特别涉及一种基于多源传感器的无人船航迹关联置信度评估方法。
背景技术
专利CN201811366176.3“一种航迹关联置信度评估方法、电子设备和存储介质”中介绍了一种航迹关联置信度评估方法，其中，该方法根据任意两个信息源上报的航迹信息，计算两个航迹的距离，再将两个相关联的航迹作为航迹对加入到待评估集合中，根据航迹对的距离和每个航迹在其信息源中的距离，利用迭代法，判断航迹对的关联关系是否正确，根据判断结果，确定航迹关联的可信程度。该方案通过迭代比较两个信息源上报的航迹的距离，确定关联关系正确和关联关系错误的航迹对，并最终得到所有航迹对的关联置信度，达到评估航迹关联结果可信程度的目的，并对基于航迹关联结果的信息处理过程提供可信度参考。
一般来说，计算航迹关联很多时候依据的就是航迹之间的距离信息，而该专利所述的方法虽然通过对距离信息进行迭代比较，来评估航迹关联的置信度，但并没有考虑距离信息之外更多的有用信息。而实际上，由于噪声的影响，航迹关联结果的计算，存在着一定的错误概率，航迹关联的置信度评估，应该反映出这种计算结果的可信度。另外，传感器信息的精度、目标属性状态以及环境因素等问题，都对航迹的正确关联具有非常重要的影响，而该专利并没有反映出这些因素对关联结果的影响。
发明内容
要解决的技术问题
为了充分利用环境信息，传感器信息以及目标的属性，使得对航迹关联信息的置信度进行更加有效的评估，本发明通过加权的方式综合各项数据，在得到一定的航迹关联计算结果后，将航迹关联结算结果的可信度，与传感器信息的精度、目标属性状态以及环境因素问题结合，可以相对全面的得到综合评估的信息的置信度。
技术方案
一种基于多源传感器的航迹关联置信度评估方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：采用滑窗式双门限检测角度跟踪算法，将声呐航迹或点迹信息M1分别与雷达航迹或点迹信息M2、AIS航迹或点迹信息M3、和ESM航迹或点迹信息M4进行关联，并判定目标类型：
若声呐航迹或点迹信息M1与其他任一航迹或点迹信息Mj进行关联时，其中 j＝2,3,…，关联次数计数器的计数值m1j≥LT或者m1j≥LP，则判定航迹相关，目标为水上目标；若关联次数计数器的计数值m1j＜LT或者m1j＜LP时，即声呐航迹或点迹和其他航迹或点迹均不关联，则认为该目标类型为水下目标；所述的LT、LP分别为航迹门限、点迹门限；
采集无人船气象仪的风速信息和惯导的横摇角信息估计出当前海域的海况等级；
步骤2：若关联次数计数器的计数值m1j≥LT或者m1j≥LP，设定航迹或点迹关联质量系数X1＝0.1m1j；若关联次数计数器的计数值m1j＜LT或者m1j＜LP时，设定航迹或点迹关联质量系数X1＝1-0.1m1j；
设定环境影响系数X2＝1-0.1k，k＝0,1,2,…,9表示海况等级；
设定数据来源一致性系数X3，若声呐信息与其他传感器均未关联上，或者所有传感器均在同一位置关联上，或者仅与声呐关联的传感器与其他的传感器没有关联关系，令X3＝1；若与声呐关联的传感器，同时与其他未和声呐关联上的传感器关联，令X3＝0.5；
设定数据来源精度系数X4，若对各传感器信息进行的是航迹相关计算，令X4＝1；若进行的是点迹相关计算，此时令X4＝0.5；
步骤3：通过加权求取航迹关联置信度：
F＝0.4X1+0.2X2+0.2X3+0.2X4。
有益效果
本发明提出的一种基于多源传感器的航迹关联置信度评估方法，在利用传感器信息进行航迹关联计算时，采用航迹或点迹关联质量系数来描述航迹关联结算结果的可信度的大小，采用环境影响系数、数据一致性系数和数据来源精度系数，来定量描述传感器信息的精度、环境信息，目标属性信息对关联结果的影响，可以相对全面的对航迹关联的置信度进行评估。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步描述：
步骤一：获得航迹关联质量、数据来源、目标类型、环境因素信息。
多源传感器传回的方位角信息为Mi(i＝1,2,…)，其中i＝1,2,…分别代表声呐、雷达、AIS和ESM传感器。若传感器提供的是航迹信息，采用基于滑窗式双门限检测的角度跟踪算法，将声呐航迹信息M1分别与雷达航迹信息M2、AIS航迹信息M3、和 ESM航迹信息M4进行关联。若声呐航迹信息M1与其他任一航迹信息Mj(j＝2,3,…)在一个数据窗口成功进行一次关联，则关联次数计数器m1j的计数值加1，当完成RT (RT＝10)个数据窗口的关联计算后，关联次数计数器m1j的计数值大于门限LT(LT＝6)，则判定航迹M1和Mj(j＝2,3,…)为同一目标，并可认为该目标类型为水上目标，否则判定声呐航迹和其他航迹均不关联，则认为该目标类型为水下目标。
若传感器传来的是点迹信息，未能形成航迹，则在每个数据节点采用基于滑窗式双门限检测的角度跟踪算法，进行声呐点迹和其他传感器点迹信息的关联。当完成RP个数据节点的关联计算后，关联次数计数器m1j的计数值大于门限LP(LP＝6)，则判定航迹M1和Mj(j＝2,3,…)为同一目标，并可认为该目标类型为水上目标，否则判定声呐航迹和其他航迹均不关联，则认为该目标类型为水下目标。
采集无人船气象仪的风速信息和惯导的横摇角信息，采用基于无人船惯导和气象仪信息的海况等级估计方法，通过横摇角信息在线估计无人船的横摇运动响应函数，然后反演出海浪谱，根据海浪谱与海浪要素的对应关系计算有效浪高，并和由风速信息计算得到的海浪高进行加权计算获得海浪高的均值，最后根据海浪高与海浪等级的对应关系联合估计出当前海域的海况等级，海况等级用k＝0,1,2,…,9表示。
步骤二：对航迹或点迹关联质量、数据来源、目标类型、环境因素信息进行归一化处理。
⑴若声呐航迹或点迹信息M1与其他任一航迹或点迹信息Mj(j＝2,3,…)进行关联时，关联次数计数器的计数值m1j≥LT或者m1j≥LP，则判定航迹相关，目标为水上目标，此时m1j越大，说明两个航迹被关联上的次数越多，其关联结果置信度越高，此时用航迹或点迹关联质量系数X1表示多航迹或点迹关联后的正确率，且X1＝0.1m1j。
若关联次数计数器的计数值m1j＜LT或者m1j＜LP时，即声呐航迹或点迹和其他航迹或点迹均不关联，则认为该目标类型为水下目标，此时若关联次数计数器的计数值 m1j越小，说明两个航迹没有被关联上的次数越多，其关联结果置信度越高，此时令航迹或点迹关联质量系数X1＝1-0.1m1j。
⑵环境影响系数主要考虑海况对传感器数据的影响，海况等级用k＝0,1,2,…,9表示，若海况等级越小，对传感器数据的干扰越小，置信度越高。此时用X2表示，且 X2＝1-0.1k。
⑶用X3表示不同来源数据的一致性，若声呐信息与其他传感器均未关联上，或者所有传感器均在同一位置关联上，或者仅与声呐关联的传感器与其他的传感器没有关联关系，则认为数据一致性较好，其置信度也越高，此时令X3＝1；若与声呐关联的传感器，同时与其他未和声呐关联上的传感器关联，此时令X3＝0.5。
⑷用X4表示数据来源的精度，若对各传感器信息进行的是航迹相关计算，其置信度较高，此时令X4＝1；若进行的是点迹相关计算，此时令X4＝0.5。
步骤三：通过加权求得航迹关联置信度
将步骤二中得到的归一化处理后的各项信息进行加权处理，根据以下公式计算出我们需要的置信度：
Figure RE-GDA0002379208700000051
式中Xi表示得到的跟航迹关联有关的各项信息，wi表示各项信息对航迹结果的影响的权重。
在本发明中，Xi的组成包括以下几个部分，根据各因素对航迹关联结果的影响程度，其各自的权重被分配如下：
航迹或点迹关联质量系数X1，其权重为w1＝0.4。当m1j≥LT或者m1j≥LP时， X1＝0.1m1j；当m1j＜LT或者m1j＜LP时，X1＝1-0.1mij。
环境影响系数X2＝1-0.1k，k＝0,1,2,…,9表示海况等级，其权重为w2＝0.2。
数据一致性系数X3，其权重为w3＝0.2。
数据来源精度系数X4，其权重为w4＝0.2。
则式(1)可以改写为：
F＝0.4X1+0.2X2+0.2X3+0.2X4 (2)
其结果就是基于多源传感器的无人船航迹关联置信度。

Claims (1)

1.一种基于多源传感器的航迹关联置信度评估方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：采用滑窗式双门限检测角度跟踪算法，将声呐航迹或点迹信息M1分别与雷达航迹或点迹信息M2、AIS航迹或点迹信息M3、和ESM航迹或点迹信息M4进行关联，并判定目标类型：
若声呐航迹或点迹信息M1与其他任一航迹或点迹信息Mj进行关联时，其中j＝2,3,…，关联次数计数器的计数值m1j≥LT或者m1j≥LP，则判定航迹相关，目标为水上目标；若关联次数计数器的计数值m1j<LT或者m1j<LP时，即声呐航迹或点迹和其他航迹或点迹均不关联，则认为该目标类型为水下目标；所述的LT、LP分别为航迹门限、点迹门限；
采集无人船气象仪的风速信息和惯导的横摇角信息估计出当前海域的海况等级；
步骤2：若关联次数计数器的计数值m1j≥LT或者m1j≥LP，设定航迹或点迹关联质量系数X1＝0.1m1j；若关联次数计数器的计数值m1j<LT或者m1j<LP时，设定航迹或点迹关联质量系数X1＝1-0.1m1j；
设定环境影响系数X2＝1-0.1k，k＝0,1,2,…,9表示海况等级；
设定数据来源一致性系数X3，若声呐信息与其他传感器均未关联上，或者所有传感器均在同一位置关联上，或者仅与声呐关联的传感器与其他的传感器没有关联关系，令X3＝1；若与声呐关联的传感器，同时与其他未和声呐关联上的传感器关联，令X3＝0.5；
设定数据来源精度系数X4，若对各传感器信息进行的是航迹相关计算，令X4＝1；若进行的是点迹相关计算，此时令X4＝0.5；
步骤3：通过加权求取航迹关联置信度：
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