CN111984642A - 一种多元异构无人机监视数据融合系统 - Google Patents

一种多元异构无人机监视数据融合系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多元异构无人机监视数据融合系统，包括监视设备管理模块、数据处理线程管理模块、数据预处理模块以及数据融合模块；所述监视设备管理模块，用于接收不同类型的监视设备发送的监视数据，并从所述监视数据中获取监视设备类型和监视设备信息；所述数据处理线程管理模块，用于根据监视设备信息中的数据协议信息生成数据预处理线程和数据融合线程；所述数据预处理模块，用于定义预处理接口，并基于所述预处理接口实现对各类监视数据的预处理功能；所述数据融合模块，用于实现类型监视数据的数据融合和系统监视数据的数据融合。

Description

一种多元异构无人机监视数据融合系统
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种多元异构无人机监视数据融合系统。
背景技术
近年来，随着无人机技术的高速发展，在植保、航拍、旅游等方面得到了广泛应用。与此同时，无人机尤其是消费级无人机的爆发式增长及应用对传统航空安全、重要位置安全、重要设施安全等构成了威胁。为及时发现和处置侵入的无人机，出现了遥控链路侦测、低空雷达、时差定位、通信信号侦测、光电探测等多种技术。由于大多数无人机都具有飞行高度底、飞行速度慢、体积小等特点，为保障探测效果，通常是多种技术手段综合应用。由于不同设备的技术手段不同、生产厂家不同、输出的数据格式不同、数据可靠性不同等原因，不同监视手段的监视数据通常在不同的厂家终端上显示。
不同的无人机探测手段具有不同的优势和劣势，随着无人机威胁的不断升级，综合运用多种探测监视手段是必然趋势。因此需要综合考虑各种探测和监视手段，设计一种能够兼容不同类型、不同数量的监视设备的监视信息并进行数据融合的能力，促进不同类型的低慢小无人机监视设备的综合使用，为更大范围、更高可靠性的无人机防控提供支持。
但是，现有技术缺点包括：
当前各无人机监视数据融合方法都是适用于特定系统的，不具备重用性；
当前各无人机监视数据融合方法都没有考虑兼容性，不具备扩展能力；
当前各无人机监视数据融合方法都没有考虑实际使用过程中监视设备动态增、减、换的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种多元异构无人机监视数据融合系统。
根据本发明实施例提供的一种多元异构无人机监视数据融合系统，包括监视设备管理模块、数据处理线程管理模块、数据预处理模块以及数据融合模块；
所述监视设备管理模块，用于接收不同类型的监视设备发送的监视数据，并从所述监视数据中获取监视设备类型和监视设备信息；
所述数据处理线程管理模块，用于根据监视设备信息中的数据协议信息生成数据预处理线程和数据融合线程；
所述数据预处理模块，用于定义预处理接口，并基于所述预处理接口实现对各类监视数据的预处理功能；
所述数据融合模块，用于实现类型监视数据的数据融合和系统监视数据的数据融合。
优选地，所述监视设备管理模块包括：
设备增加单元，用于生成待增加的设备类型，并在所生成的设备类型中设置设备信息；
设备删除单元，用于从待删除设备对应的设备类型下删除设备信息，并在所述设备类型下无其他设备时，删除所述设备对应的设备类型；
其中，所述设备信息包括设备名称、设备位置、设备状态以及数据协议。
优选地，所述数据处理线程管理模块具体用于根据监视设备信息中的数据协议信息，为每个设备的输入数据生成对应的数据预处理线程，并为每个类型的设备生成融合处理线程，以便通过所述融合处理线程融合该类型下所有监视数据，同时建立系统融合线程融合所有类型的监视数据。
优选地，所述数据处理线程管理模块还包括：
添加类型融合线程单元，用于根据增加的设备类型，为所述设备类型建立类型融合线程，并将其输出关联到系统融合线程；
删除类型融合线程单元，用于根据删除的设备类型，停止并删除所述设备类型对应的类型融合线程。
优选地，所述数据处理线程管理模块还包括：
添加设备线程单元，用于从待添加的设备信息中获取数据协议，并根据所述数据协议生成数据预处理线程，并将其输出关联到类型融合线程；
删除设备线程单元，用于根据删除的设备信息，停止并删除所述设备信息对应的数据预处理线程。
优选地，所述数据处理线程管理模块还包括：
暂停设备线程单元，用于当设备状态设置为暂停状态时，根据所述设备的设备信息，停止所述设备信息对应的数据预处理线程；
启用设备线程单元，用于当设备状态从暂停状态设置为启用状态时，根据所述设备的设备信息，启用所述设备信息对应的数据预处理线程。
优选地，所述数据预处理模块具体用于根据设备数据传输端口接收设备监视数据，并根据设备信息中的传输协议对所述设备监视数据进行数据解析，同时根据当前协议中的坐标系和数据融合计算中的坐标系，对所述设备监视数据中的坐标系进行坐标转换，以便将数据解析和坐标转换后的设备监视数据进行数据封装后进行数据输出。
优选地，所述数据融合模块包括类型监视数据融合和系统监视数据融合。
优选地，所述数据融合模块包括：
关联单元，用于获取所有的更新数据，并将所述更新数据和当前所有航迹进行关联；
计算单元，用于采用联合概率密度关联模型对每个更新数据与航迹的关联概率进行计算，得到关联概率；
融合单元，用于根据所述关联概率对航迹和关联的所有更新数据进行融合处理。
根据本发明实施例提供的方案，通过设计通用的监视数据融合方法，适应不同场景下的监视数据处理需求；设计动态监视设备管理方式，支持动态增、减、换设备；设计自适应的监视数据处理模式，兼容不同数量、不同类型的监视数据处理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种多元异构无人机监视数据融合系统示意图；
图2是本发明实施例提供的设备管理示意图；
图3是本发明实施例提供的设备信息示意图；
图4是本发明实施例提供的新增设备示意图；
图5是本发明实施例提供的删除设备示意图；
图6是本发明实施例提供的数据处理线程管理示意图；
图7是本发明实施例提供的增加类型融合线程示意图；
图8是本发明实施例提供的删除类型融合线程示意图；
图9是本发明实施例提供的添加设备线程示意图；
图10是本发明实施例提供的删除设备线程示意图；
图11是本发明实施例提供的暂停设备线程示意图；
图12是本发明实施例提供的激活设备线程示意图；
图13是本发明实施例提供的预处理线程接口与实现示意图；
图14是本发明实施例提供的数据预处理示意图；
图15是本发明实施例提供的数据融合示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种多元异构无人机监视数据融合系统，包括监视设备管理模块、数据处理线程管理模块、数据预处理模块以及数据融合模块；
所述监视设备管理模块，用于接收不同类型的监视设备发送的监视数据，并从所述监视数据中获取监视设备类型和监视设备信息；
所述数据处理线程管理模块，用于根据监视设备信息中的数据协议信息生成数据预处理线程和数据融合线程；
所述数据预处理模块，用于定义预处理接口，并基于所述预处理接口实现对各类监视数据的预处理功能；
所述数据融合模块，用于实现类型监视数据的数据融合和系统监视数据的数据融合。
优选地，所述监视设备管理模块包括：设备增加单元，用于生成待增加的设备类型，并在所生成的设备类型中设置设备信息；设备删除单元，用于从待删除设备对应的设备类型下删除设备信息，并在所述设备类型下无其他设备时，删除所述设备对应的设备类型；其中，所述设备信息包括设备名称、设备位置、设备状态以及数据协议。
优选地，所述数据处理线程管理模块具体用于根据监视设备信息中的数据协议信息，为每个设备的输入数据生成对应的数据预处理线程，并为每个类型的设备生成融合处理线程，以便通过所述融合处理线程融合该类型下所有监视数据，同时建立系统融合线程融合所有类型的监视数据。
优选地，所述数据处理线程管理模块还包括：添加类型融合线程单元，用于根据增加的设备类型，为所述设备类型建立类型融合线程，并将其输出关联到系统融合线程；删除类型融合线程单元，用于根据删除的设备类型，停止并删除所述设备类型对应的类型融合线程。
优选地，所述数据处理线程管理模块还包括：添加设备线程单元，用于从待添加的设备信息中获取数据协议，并根据所述数据协议生成数据预处理线程，并将其输出关联到类型融合线程；删除设备线程单元，用于根据删除的设备信息，停止并删除所述设备信息对应的数据预处理线程。
优选地，所述数据处理线程管理模块还包括：暂停设备线程单元，用于当设备状态设置为暂停状态时，根据所述设备的设备信息，停止所述设备信息对应的数据预处理线程；启用设备线程单元，用于当设备状态从暂停状态设置为启用状态时，根据所述设备的设备信息，启用所述设备信息对应的数据预处理线程。
优选地，所述数据预处理模块具体用于根据设备数据传输端口接收设备监视数据，并根据设备信息中的传输协议对所述设备监视数据进行数据解析，同时根据当前协议中的坐标系和数据融合计算中的坐标系，对所述设备监视数据中的坐标系进行坐标转换，以便将数据解析和坐标转换后的设备监视数据进行数据封装后进行数据输出。
优选地，所述数据融合模块包括类型监视数据融合和系统监视数据融合。
优选地，所述数据融合模块包括：关联单元，用于获取所有的更新数据，并将所述更新数据和当前所有航迹进行关联；计算单元，用于采用联合概率密度关联模型对每个更新数据与航迹的关联概率进行计算，得到关联概率；融合单元，用于根据所述关联概率对航迹和关联的所有更新数据进行融合处理。
本发明的目的是支持不同类型的多个监视设备的监视数据接入和处理，并为动态调整监视设备(添加、移除、关机、开机等)提供相应的支持。设备变化时，设备数据管理中的设备信息作出改变，数据处理线程管理根据设备信息变化情况调整数据预处理线程和数据融合线程；正常工作的监视设备在发现无人机目后，将探测到的信息根据对应设备信息里所描述的数据协议传输到对应设备的预处理线程；预处理线程根据数据协议解析数据得到设备对该无人机的监视信息，然后对监视信息进行坐标转换、单位统一、数据封装等操作，转换为数据融合所需的统一数据，传入数据融合；数据融合将受到的预处理后的数据，与已有无人机航迹进行关联判和融合计算，不断更新无人机的航迹，并进行航迹管理和输出。
2.2.1设备数据管理
设备数据管理按照设备类型、设备的方式组织设备数据，为设备数据的动态增、删、改提供接口，如图2所示。为正确的处理设备监视数据，每个设备对应的参数包括位置、类型、名称、状态、数据协议等参数，如图3所示。位置指监视设备部署的经纬度坐标，类型是监视设备所属的类型(如雷达、光电、频谱等)，名称用于区分同一类型的不同设备，状态指设备工作状态(如开机、停机、故障等)，数据协议指设备传输监视数据时遵循的协议(与数据预处理支持的协议类型对应)。
增加设备时，首先检查设备类型，新类型则生成对应类型，然后在类型下新增设备并设置其设备信息如图4所示；删除设备时，首先从对应类型下删除设备信息，然后检查该类型是否包括其他设备，无设备则删除设备类型，如图5所示。改变设备参数时，只需找到对应的设备数据，调用参数设置接口即可。特殊的是更改设备状态，会改变对应的线程状态。
该设备数据管理模式下，即支持不同类型的多个监视设备，分布式部署在一定区域内，通过网络接入各设备的监视数据，并支持动态的更改设备。实际应用中可在设备维修时将设备状态设置为停用，完成维修后设置为启用；更换同类设备时也可使用先停用，更换后再启用；更换为不同类设备，则需删除原设备，新增新设备。所有操作都可在实际运行状态下进行，无需关闭系统。
2.2.2数据处理线程管理
数据处理线程管理根据数据协议为每个设备的输入数据生成对应的数据预处理线程，为每个类型的设备生成融合处理线程融合该类型下所有监视数据，建立系统融合线程融合所有类型的监视数据，如图6所示。系统融合线程在程序启动时生成并启动，设备预处理线程基于设备，类型融合线程基于设备类型。预处理线程处理的结果作为类型融合线程的输入，类型融合线程处理的结果作为系统融合线程的输入。
数据处理线程管理与设备数据管理相适应，响应设备数据的变化，通过动态调整数据处理线程为监视设备的动态改变提供支持。
新增设备类型时线程管理为该类型生成类型监视数据融合线程，将其输出关联到系统融合线程，并初始化和启动，如图7所示；删除设备类型时线程管理停止对应的类型监视数据融合线程，并删除线程，如图8所示。
新增设备时线程管理为该设备生成对应数据协议的数据预处理线程，将其输出关联到对应类型融合线程，并初始化和启动，如图9所示；删除设备时线程管理停止设备对应数据预处理线程，并删除线程，如图10所示。
当设备暂时不可用而设置其状态为停用时，线程管理找到对应线程，并暂停线程执行，如图11所示；设备恢复可用并设置其状态为启用时，线程管理找到对应线程，并继续线程执行，如图12所示。
2.2.3数据预处理
数据预处理定义统一的预处理接口，并为各类数据传输协议实现数据预处理功能，如图13所示。数据预处理接口包括接收数据、解析数据、处理数据和输出数据。
数据预处理流程如图14所示，首先根据设备数据传输端口接收设备监视数据，然后根据使用的传输协议完成数据解析；根据当前协议中采用的坐标系和数据融合计算中采用的坐标系，对监视数据中的坐标系进行转换；最后将监视数据分目标封装并输出。
2.2.4数据融合
数据融合接收输入数据，输出融合航迹，包括类型监视数据融合和系统监视数据融合，前者的输出是后者的输入，二者的处理流程一致，处理周期不同(各类设备扫描周期可能不一致)。
数据融合的流程如图15所示，在每个处理周期，从关联的输入线程中获得所有更新的数据作为输入；然后将所有输入和当前的所有航迹进行关联判断；由于设备数量、误差和分辨率，一条新数据可能同时在多个航迹的关联窗口内，一个航迹可能同时与多个新数据关联；进而联合概率密度关联模型对每个新数据与航迹的关联概率进行计算，然后基于概率对将航迹和关联的所有新数据进行融合；当前周期没有与任何新数据关联上的航迹，需进行一次当前位置估计，即外推。当前周期没有与任何已有航迹关联上的数据，即是新发现的目标；需逐一为未关联的新数据建立新航迹，每建立一个新航迹则将其与其他新数据进行关联和融合，避免为不同设备发现的同一个目标生成多个航迹。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多元异构无人机监视数据融合系统，其特征在于，包括监视设备管理模块、数据处理线程管理模块、数据预处理模块以及数据融合模块；
所述监视设备管理模块，用于接收不同类型的监视设备发送的监视数据，并从所述监视数据中获取监视设备类型和监视设备信息；
所述数据处理线程管理模块，用于根据监视设备信息中的数据协议信息生成数据预处理线程和数据融合线程；
所述数据预处理模块，用于定义预处理接口，并基于所述预处理接口实现对各类监视数据的预处理功能；
所述数据融合模块，用于实现类型监视数据的数据融合和系统监视数据的数据融合。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监视设备管理模块包括：
设备增加单元，用于生成待增加的设备类型，并在所生成的设备类型中设置设备信息；
设备删除单元，用于从待删除设备对应的设备类型下删除设备信息，并在所述设备类型下无其他设备时，删除所述设备对应的设备类型；
其中，所述设备信息包括设备名称、设备位置、设备状态以及数据协议。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据处理线程管理模块具体用于根据监视设备信息中的数据协议信息，为每个设备的输入数据生成对应的数据预处理线程，并为每个类型的设备生成融合处理线程，以便通过所述融合处理线程融合该类型下所有监视数据，同时建立系统融合线程融合所有类型的监视数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理线程管理模块还包括：
添加类型融合线程单元，用于根据增加的设备类型，为所述设备类型建立类型融合线程，并将其输出关联到系统融合线程；
删除类型融合线程单元，用于根据删除的设备类型，停止并删除所述设备类型对应的类型融合线程。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理线程管理模块还包括：
添加设备线程单元，用于从待添加的设备信息中获取数据协议，并根据所述数据协议生成数据预处理线程，并将其输出关联到类型融合线程；
删除设备线程单元，用于根据删除的设备信息，停止并删除所述设备信息对应的数据预处理线程。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理线程管理模块还包括：
暂停设备线程单元，用于当设备状态设置为暂停状态时，根据所述设备的设备信息，停止所述设备信息对应的数据预处理线程；
启用设备线程单元，用于当设备状态从暂停状态设置为启用状态时，根据所述设备的设备信息，启用所述设备信息对应的数据预处理线程。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据预处理模块具体用于根据设备数据传输端口接收设备监视数据，并根据设备信息中的传输协议对所述设备监视数据进行数据解析，同时根据当前协议中的坐标系和数据融合计算中的坐标系，对所述设备监视数据中的坐标系进行坐标转换，以便将数据解析和坐标转换后的设备监视数据进行数据封装后进行数据输出。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据融合模块包括类型监视数据融合和系统监视数据融合。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据融合模块包括：
关联单元，用于获取所有的更新数据，并将所述更新数据和当前所有航迹进行关联；
计算单元，用于采用联合概率密度关联模型对每个更新数据与航迹的关联概率进行计算，得到关联概率；
融合单元，用于根据所述关联概率对航迹和关联的所有更新数据进行融合处理。
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Applicant after: Suzhou Shenwei Zongheng Data Technology Co.,Ltd.

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