CN114279466A - 一种传感器误差修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明根据传感器是否知悉自身位置以及是否获取探测目标的真值信息等情况，将联网传感器进行误差修正的不同情况分成四类，定义为1级到4级误差修正，其修正精度1级最高，4级最低，涵盖了大部分传感器误差修正情况，对于提升组网传感器误差修正的系统性，流程性具有重要的意义。通过累积未误差修正的相同目标关联探测数据流，并使用机动检测算法的输出来生成适合的飞行器的航迹状态估计是作为合适的误差修正手段。将本地传感器跟踪状态估计与通过融合从网络接收的协同探测创建的远端传感器目标状态估计进行比较。根据远程传感器提供的数据，执行四个级别的误差修正。对于前三个误差修正级别，都假定传感器从北斗、GPS等导航定位资源中获取了关于传感器自身的导航定位数据，而对于第四级误差修正，不知道传感器自身的位置数据。
Description
技术领域
本发明属于传感器误差修正领域，具体涉及一种传感器误差修正方法。
背景技术
通常，传感器测量精度的高低用其测量误差的大小来表征和衡量，测量误差是指测量值与真实值之间的偏差，测量误差小即意味着测量精度髙。精密跟踪测量传感器的原始测量数据存在系统误差和随机误差。为提高测量数据的准确度，在数据处理中通过数据平滑滤波来抑制随机噪声，而系统误差则通过误差修正来减少。因此，误差修正或者说标校是精密跟踪测量传感器使用维护中的一项经常性工作，准确的标校将有助于修正系统误差，提高传感器测量精度。目前雷达、电子侦察等传感器的标校方法主要有合作源标校、星体标校和卫星标校三种。合作源标校是指利用民航的ADS-B系统获取传感器探测目标的真值，ADS-B设备将民航的位置信息以一定数据率向外部广播，传感器通过接收该广播数据并进行坐标变换后可作为真值，用于对雷达的系统误差进行校准。将传感器对目标的探测值与目标真值进行比对，用算法获取最小误差的最优校准参数。星体标校是利用月球、太阳等星体长期观测的周期数据以及传感器实时探测数据进行比对来进行误差修正，用最优算法获取最小误差的最优校准参数，从而校准传感器。卫星标校是利用最近更新的卫星轨道数据，根据其低轨卫星12小时预报均值延迹方向均值误差不大于2km的特性，利用传感器探测1000km左右的卫星目标，转换到测角方向上的误差，其测角精度约为0.1度，小于雷达的测角精度，用卫星轨道数据作为真值对传感器的仰角、方位误差进行标定。以上三种标校方法都是基于传感器获取了自身准备位置情况下进行的，但是在实际中传感器不一定准确知悉自身的位置，同时不一定能够获取传感器探测目标的真值信息，因此很多情况下进行的系统误差校准通常是多个传感器同时探测同一个目标来进行校准。根据传感器是否知悉自身位置以及是否获取探测目标的真值信息等情况，将联网传感器进行误差修正的不同情况分成四类，定义为1级到4级误差修正，其修正精度1级最高，4级最低，涵盖了大部分传感器误差修正情况，对于提升组网传感器误差修正的系统性，流程性具有重要的意义。
发明内容
为克服现有技术中的不足，本发明通过将由未误差修正的仅包含本地传感器数据的状态估计与由误差修正的仅限远程传感器数据组成的状态估计进行比较来完成误差修正。误差修正精度：1级>2级>3级>4级。
通过累积未误差修正的相同目标关联探测数据流，并使用机动检测算法的输出来生成适合的飞行器的航迹状态估计是作为合适的误差修正手段。将本地传感器跟踪状态估计与通过融合从网络接收的协同探测创建的远端传感器目标状态估计进行比较。根据远程传感器提供的数据，执行四个级别的误差修正。对于前三个误差修正级别，都假定传感器从北斗、GPS等导航定位资源中获取了关于传感器自身的导航定位数据，而对于第四级误差修正，不知道传感器自身的位置数据。具体包括：。
1级误差修正：传感器已知自身的位置数据，利用合作飞行器或者合作目标修正各传感器目标定位系统误差；所述的合作飞行器或者合作目标包括其ADS-B数据、有数据链的飞行器、标校星。
2级误差修正：传感器已知自身的位置数据，从经过误差修正后的其他传感器的上接收关于共视的飞行器或卫星的测量数据，执行2级误差修正。
3级误差修正：两个或者多个传感器已知自身的位置数据，针对无真值场景使用空中目标多站匹配，轨道约束方法执行误差修正。
4级误差修正：不知道传感器自身的位置数据，但是对于传感器正在测量的飞行器，它通过网络接收来自已经误差修正的传感器的探测数据时，执行4级误差修正，使用传感器的探测数据和已误差修正的具有GPS的传感器的远程目标探测估计传感器的平移偏差及角度偏差。
进一步地，执行1级误差修正具体包括：待校准的传感器1，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo1，la1，h1），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），目标的真值信息（lo，la，h），基于传感器自身位置信息（lo1，la1，h1）以及目标的真值信息（lo，la，h）通过坐标变换得到理论上的传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1’，a1’，e1’），通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r1，△a1，△e1）。
进一步地，执行2级误差修正具体包括：待校准的传感器2，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo2，la2，h2），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2，a2，e2），通过传感器2接收经过校准的传感器1的的自身位置信息（lo1，la1，h1）和传感器1探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），基于传感器1的探测信息通过坐标变换可以得到目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1），然后基于目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1）和传感器2的位置信息（lo2，la2，h2）通过可以获取理论上传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2’，a2’，e2’），通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r2，△a2，△e2）。
进一步地，执行3级误差修正具体包括：待校准的传感器2和传感器3，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo2，la2，h2）和（lo3，la3，h3），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2，a2，e2）和（r3，a3，e3），通过传感器2和传感器3交换自身的位置信息和探测目标的距离、方位和俯仰信息信息，通过坐标变换可以得到传感器2探测目标的经度、纬度和高度信息（Lo2，La2，H2）和传感器2探测目标的经度、纬度和高度信息（Lo3，La3，H3），通过多个测量周期累积数据，并进行曲线拟合获取目标误差最小的经度、纬度和高度信息（Lo23，La23，H23），然后以此为真值进行坐标变换获取理论上传感器2探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2’，a2’，e2’）和传感器3探测目标的距离、方位和俯仰信息（r3’，a3’，e3’），最后通过最小二乘等方法计算可得传感器2的误差修正参数（△r2，△a2，△e2）和传感器3的误差修正参数（△r3，△a3，△e3）。
进一步地，执行4级误差修正具体包括：待校准的传感器4，不知道自身位置相关的经度、纬度和高度信息，但是已知探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4，a4，e4），通过传感器4接收经过校准的传感器1的的自身位置信息（lo1，la1，h1）和传感器1探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），基于传感器1的探测信息通过坐标变换可以得到目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1），然后基于目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1）和传感器4探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4，a4，e4），可以获取传感器4的位置信息（lo4，la4，h4），然后基于目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1）和传感器4的估计位置信息（lo4，la4，h4），可以获取理论上传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4’，a4’，e4’），最后，通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r4，△a4，△e4）。
本发明的有益效果在于：。
1、通过将由未误差修正的仅包含本地数据的状态估计与由误差修正的仅限远程数据组成的状态估计进行比较来完成误差修正，实现了不同情况下传感器误差的修正。
2、通过定义不同级别的误差修正流程，明确了不同级别误差修正的精度，误差修正精度：1级>2级>3级>4级，有效解决了传感器误差修正方法选择的问题，在条件允许的情况下尽可能提高误差修正精度。
附图说明
图1为1到4级误差修正流程示意图。
图2为第1级误差修正原理框图。
图3为第2级误差修正原理框图。
图4为第4级误差修正原理框图。
图5为第5级误差修正原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方案做进一步详细描述。
如图1所示，根据传感器是否知悉自身位置以及是否获取探测目标的真值信息等情况，将联网传感器进行误差修正的不同情况分成四类，定义为1级到4级误差修正，其修正精度1级>2级>3级>4级。对于1级到3级联网传感器误差修正，都假定传感器从北斗、GPS等导航定位资源中获取了关于传感器自身的导航定位数据，而对于第4级误差修正，传感器不知道自身的位置数据。
1级误差修正：传感器已知自身的位置数据，利用ADS-B信息、数据链、标校星等方法修正各传感器目标定位系统误差，其中ADS-B数据、有数据链的飞行器、标校星等被称为合作飞行器或者合作目标。
如图2所示，待校准的传感器1，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo1，la1，h1），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），目标的真值信息（lo，la，h），基于传感器自身位置信息（lo1，la1，h1）以及目标的真值信息（Lo，La，H）可以通过坐标变换得到理论上的传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1’，a1’，e1’），通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r1，△a1，△e1）。
2级误差修正：传感器已知自身的位置数据，从经过误差修正后的其他传感器的上接收关于共视的飞行器或卫星的测量数据，执行2级误差修正。
如图3所示，待校准的传感器2，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo2，la2，h2），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2，a2，e2），通过网络传感器2接收经过校准的传感器1的的自身位置信息（lo1，la1，h1）和传感器1探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），基于传感器1的探测信息通过坐标变换可以得到目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1），然后基于目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1）和传感器2的位置信息（lo2，la2，h2）通过可以获取理论上传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2’，a2’，e2’）。通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r2，△a2，△e2）。
3级误差修正：两个或者多个传感器已知自身的位置数据，针对无真值场景使用空中目标多站匹配，轨道约束等方法执行误差修正。
如图4所示，待校准的传感器2和传感器3，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo2，la2，h2）和（lo3，la3，h3），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2，a2，e2）和（r3，a3，e3），通过网络传感器2和传感器3交换自身的位置信息和探测目标的距离、方位和俯仰信息信息，通过坐标变换可以得到传感器2探测目标的经纬高信息（Lo2，La2，H2）和传感器2探测目标的经纬高信息（Lo3，La3，H3），通过多个测量周期累积数据，并进行曲线拟合获取目标误差最小的经纬高信息（Lo23，La23，H23），然后以此为真值进行坐标变换获取理论上传感器2探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2’，a2’，e2’）和传感器3探测目标的距离、方位和俯仰信息（r3’，a3’，e3’），最后最小二乘等方法计算可得传感器2的误差修正参数（△r2，△a2，△e2）和传感器3的误差修正参数（△r3，△a3，△e3）。
4级误差修正：不知道传感器自身的位置数据，但是对于传感器正在测量的飞行器，它通过网络接收来自已经误差修正的传感器的探测数据时，执行4级误差修正。使用传感器的探测数据和已误差修正的具有GPS的传感器的远程目标探测估计传感器的平移偏差及角度偏差。
如图5所示，待校准的传感器4，不知道自身位置相关的经度、纬度和高度信息，但是已知探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4，a4，e4），通过网络传感器4接收经过校准的传感器1的自身位置信息（lo1，la1，h1）和传感器1探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），基于传感器1的探测信息通过坐标变换可以得到目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1），然后基于目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1）和传感器4探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4，a4，e4），可以获取传感器4的位置信息（lo4，la4，h4），然后基于目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1）和传感器4的估计位置信息（lo4，la4，h4），可以获取理论上传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4’，a4’，e4’）。最后，通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r4，△a4，△e4）。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种传感器误差修正方法，其特征在于：根据传感器是否知悉自身位置以及是否获取探测目标的真值信息情况，将联网传感器进行误差修正的不同情况分成四个级别，定义为1级到4级误差修正，其修正精度1级>2级>3级>4级；对于1级到3级传感器误差修正，都假定传感器从导航定位资源中获取了关于传感器自身的导航定位数据，而对于第4级误差修正，传感器不知道自身的位置数据；通过累积未误差修正的相同目标关联探测数据流，将本地传感器跟踪状态估计与通过融合从网络接收的协同探测创建的远端传感器目标状态估计进行比较，根据远程传感器提供的数据，执行四个级别的误差修正；具体包括：
1级误差修正：传感器已知自身的位置数据，利用合作飞行器或者合作目标修正各传感器目标定位系统误差；
2级误差修正：传感器已知自身的位置数据，从经过误差修正后的其他传感器的上接收关于共视的飞行器或卫星的测量数据，执行2级误差修正；
3级误差修正：两个或者多个传感器已知自身的位置数据，针对无真值场景使用空中目标多站匹配，轨道约束方法执行误差修正；
4级误差修正：不知道传感器自身的位置数据，但是对于传感器正在测量的飞行器，它通过网络接收来自已经误差修正的传感器的探测数据时，执行4级误差修正，使用传感器的探测数据和已误差修正的具有GPS的传感器的远程目标探测估计传感器的平移偏差及角度偏差。
2.根据权利要求1所述的一种传感器误差修正方法，其特征在于：所述的合作飞行器或者合作目标包括其ADS-B数据、有数据链的飞行器、标校星。
3.根据权利要求1或2所述的一种传感器误差修正方法，其特征在于：执行1级误差修正具体包括：待校准的传感器1，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo1，la1，h1），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），目标的真值信息（lo，la，h），基于传感器自身位置信息（lo1，la1，h1）以及目标的真值信息（lo，la，h）通过坐标变换得到理论上的传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1’，a1’，e1’），通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r1，△a1，△e1）。
4.根据权利要求3所述的一种传感器误差修正方法，其特征在于：执行2级误差修正具体包括：待校准的传感器2，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo2，la2，h2），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2，a2，e2），通过传感器2接收经过校准的传感器1的的自身位置信息（lo1，la1，h1）和传感器1探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），基于传感器1的探测信息通过坐标变换可以得到目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1），然后基于目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1）和传感器2的位置信息（lo2，la2，h2）通过可以获取理论上传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2’，a2’，e2’），通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r2，△a2，△e2）。
5.根据权利要求4所述的一种传感器误差修正方法，其特征在于：执行3级误差修正具体包括：待校准的传感器2和传感器3，已知自身位置相关的经度、纬度和高度信息（lo2，la2，h2）和（lo3，la3，h3），传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2，a2，e2）和（r3，a3，e3），通过传感器2和传感器3交换自身的位置信息和探测目标的距离、方位和俯仰信息信息，通过坐标变换可以得到传感器2探测目标的经度、纬度和高度信息（Lo2，La2，H2）和传感器2探测目标的经度、纬度和高度信息（Lo3，La3，H3），通过多个测量周期累积数据，并进行曲线拟合获取目标误差最小的经度、纬度和高度信息（Lo23，La23，H23），然后以此为真值进行坐标变换获取理论上传感器2探测目标的距离、方位和俯仰信息（r2’，a2’，e2’）和传感器3探测目标的距离、方位和俯仰信息（r3’，a3’，e3’），最后通过最小二乘等方法计算可得传感器2的误差修正参数（△r2，△a2，△e2）和传感器3的误差修正参数（△r3，△a3，△e3）。
6.根据权利要求5所述的一种传感器误差修正方法，其特征在于：执行4级误差修正具体包括：待校准的传感器4，不知道自身位置相关的经度、纬度和高度信息，但是已知探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4，a4，e4），通过传感器4接收经过校准的传感器1的的自身位置信息（lo1，la1，h1）和传感器1探测目标的距离、方位和俯仰信息（r1，a1，e1），基于传感器1的探测信息通过坐标变换可以得到目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1），然后基于目标的经度、纬度和高度信息（Lo1，La1，H1）和传感器4探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4，a4，e4），可以获取传感器4的位置信息（lo4，la4，h4），然后基于目标的经纬高信息（Lo1，La1，H1）和传感器4的估计位置信息（lo4，la4，h4），可以获取理论上传感器探测目标的距离、方位和俯仰信息（r4’，a4’，e4’），最后，通过最小二乘等方法计算可得误差修正参数（△r4，△a4，△e4）。
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|---|---|
| CN114279466B (zh) | 2024-02-27 |
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