[发明专利]一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法

说明书

本发明公开了一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法。该方法步骤如下：将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式；参数化表示两部独立运动雷达之间的空间变换关系，根据各个雷达站测量得到的目标轨迹，建立统一的空间和时间坐标系下的误差最小函数；对空间对准参数和时间对准参数交替迭代，求解误差最小函数，估计出雷达站之间的时间和空间对准参数。本发明能够在组网雷达的空间和同步关系未知的情况下，对不同空间坐标系下的测量数据进行配准，提高了信息融合后的目标跟踪精度和跟踪范围。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，特别是一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法。

背景技术

雷达组网用于采集和融合多个雷达站的观测信息，各雷达获取的信息由中心站综合处理。在现代战争中，雷达组网是对抗电子干扰的有效手段，雷达组网增强了武器系统信息互联和生存能力。

在实际的雷达组网中，即使观测到相同的目标，来自不同传感器的测量也可能不同步。由于每个传感器的任务、性能和环境不同，所采用的坐标也不同，因此测量数据不能直接融合，各雷达获取的信息必须统一在同一时空背景下，即时空配准。

时空配准是组网雷达数据融合的前提。时空配准直接影响后续数据融合的精度，进而影响雷达网络的性能。组网雷达的时间误差是由多种原因引起的，包括不同的测量周期、不同的启动时间和通信网络中的传输时延。因此，时间对齐要解决的问题是将多源异步数据同步到同一时间。它保证了数据融合输入是同一时间对同一目标的测量。此外，空间对准需要解决的问题是将不同雷达的坐标系转换为一个共同的坐标系。由于雷达位置、姿态和测量的偏差，弹道融合存在系统误差，还采用空间配准来估计和补偿误差。因此，对组网雷达的时空对准过程进行分析和研究具有十分重要的意义。而对于任意运动的雷达网络，由于多雷达之间的相对位置以及姿态角度不再固定不变，其空间变换关系在不同CPI周期内是变化的。现有的对任意运动组网雷达的配准算法，都需要由全球定位系统(GPS)和惯性测量单元(IMU)提供雷达在每个采样时刻所处的位置和姿态，并且需要组网雷达的测量值是时间同步的。当组网雷达的空间和同步关系未知时，则无法完成任意运动雷达的空时配准。因此在没有任何先验知识的情况下，如何设计一种任意运动的组网雷达空间时间配准方法是待解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种任意运动的组网雷达空间时间配准方法，在组网雷达的空间和同步关系未知的情况下完成信息的配准。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种任意运动组网雷达的空间时间配准方法，步骤如下：

步骤1、将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式；

步骤2、参数化表示两部独立运动雷达之间的空间变换关系，根据各个雷达站测量得到的目标轨迹，建立统一的空间和时间坐标系下的误差最小函数；

步骤3、对空间对准参数和时间对准参数交替迭代，求解误差最小函数，估计出雷达站之间的时间和空间对准参数。

进一步地，步骤1所述将任意运动组网雷达随时间变化的运动轨迹和运动姿态，建模为基函数的线性表示形式，具体如下：

组网雷达中包括A,B两部雷达，P(t)＝[x_A(t),y_A(t),z_A(t),1]^T为雷达A在时间t测量得到的目标坐标，Q(t′)＝[x_B(t′),y_B(t′),z_B(t′),1]^T为雷达B在时间t′测量得到的目标坐标；

建立两部雷达位置关系的旋转矩阵和平移矩阵的动态模型，t时间两部雷达的空时变换关系为：

P(t)＝H(t)·Q(t′)

t′＝s·t+Δt