多平臺(tái)多傳感器配準(zhǔn)算法研究.pdf

1、在多平臺(tái)多傳感器系統(tǒng)中，各傳感器是互相獨(dú)立工作的，其采樣率也不全相同；測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理是在各個(gè)傳感器的局部坐標(biāo)系里進(jìn)行的。信息融合并不是多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單的疊加，為了達(dá)到信息融合的目的，在數(shù)據(jù)相關(guān)之前需要進(jìn)行時(shí)間和空間的配準(zhǔn)，以形成時(shí)間和空間上統(tǒng)一的觀測(cè)信息。傳感器配準(zhǔn)是信息融合的先決條件，也是提高系統(tǒng)整體性能的關(guān)鍵技術(shù)之一，它在武器系統(tǒng)、遙感、導(dǎo)航、智能交通、機(jī)器人和安全檢查等軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 本論文針對(duì)多

2、平臺(tái)多傳感器配準(zhǔn)算法的基礎(chǔ)問(wèn)題進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。研究圍繞著解決同類/異類傳感器配準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)偏差估計(jì)和異步傳感器配準(zhǔn)問(wèn)題展開。主要研究成果如下： 1.提出了高斯均值移動(dòng)算法及其收斂的充分條件。首先研究了由核密度估計(jì)器推導(dǎo)均值移動(dòng)算法的過(guò)程，以及均值移動(dòng)算法的收斂性和軌跡平滑性。在此理論基礎(chǔ)上，由極大似然概率密度函數(shù)推導(dǎo)出了高斯均值移動(dòng)算法，給出并證明了高斯均值移動(dòng)算法的收斂定理，該定理將當(dāng)前的均值移動(dòng)算法的收斂條件從一個(gè)凸核函

3、數(shù)擴(kuò)展為分段的凸核函數(shù)與凹核函數(shù)，拓寬了高斯均值移動(dòng)算法的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用空間，為后續(xù)提出的高斯均值移動(dòng)傳感器配準(zhǔn)算法提供了理論基礎(chǔ)。 2.提出了基于信息融合的修正極大似然配準(zhǔn)算法。針對(duì)傳統(tǒng)雙站被動(dòng)定位系統(tǒng)的空間配準(zhǔn)問(wèn)題，分析了雙站被動(dòng)交叉定位法在有配準(zhǔn)偏差的情況下存在導(dǎo)致盲區(qū)內(nèi)目標(biāo)不可觀測(cè)的原因，結(jié)合多平臺(tái)多傳感器的項(xiàng)目背景與信息融合技術(shù)，提出了冗余信息補(bǔ)償原理，用于修正極大似然配準(zhǔn)算法。該算法利用系統(tǒng)中多站冗余信息，通過(guò)對(duì)盲區(qū)

4、內(nèi)的距離信息進(jìn)行更新補(bǔ)償，重新建立多站偏差補(bǔ)償?shù)呐錅?zhǔn)模型，信息補(bǔ)償后的目標(biāo)位置被用于估計(jì)傳感器偏差，實(shí)現(xiàn)了多平臺(tái)被動(dòng)傳感器偏差補(bǔ)償和目標(biāo)定位。仿真結(jié)果表明，與現(xiàn)有方法相比，該算法可以有效提高無(wú)源定位系統(tǒng)的配準(zhǔn)偏差的估計(jì)精度和系統(tǒng)的跟蹤性能。 3.提出了異類傳感器的均值移動(dòng)配準(zhǔn)算法。針對(duì)多平臺(tái)多傳感器信息融合系統(tǒng)中的異類傳感器配準(zhǔn)問(wèn)題，將極大似然法與均值移動(dòng)法結(jié)合，提出了一種新的均值移動(dòng)配準(zhǔn)算法，并分析了算法的計(jì)算復(fù)雜度。該算法利

5、用極大似然法估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)，再將均值移動(dòng)算法估計(jì)異類傳感器的偏差。均值移動(dòng)配準(zhǔn)算法避免了極大似然配準(zhǔn)算法中矩陣復(fù)雜的相乘和逆運(yùn)算，減少了算法的計(jì)算量，且仿真結(jié)果顯示，該算法較現(xiàn)有方法的偏差估計(jì)精度還略有提高。 4.提出了用于動(dòng)態(tài)偏差估計(jì)的高斯均值移動(dòng)配準(zhǔn)算法?，F(xiàn)有的動(dòng)態(tài)偏差配準(zhǔn)方法是一種基于多幀多目標(biāo)的方法，不能處理單一目標(biāo)情況下的配準(zhǔn)問(wèn)題。針對(duì)多平臺(tái)多傳感器系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)變化的配準(zhǔn)偏差問(wèn)題，在高斯均值移動(dòng)算法的理論研究的基礎(chǔ)上，假設(shè)

6、測(cè)量噪聲服從高斯分布，推導(dǎo)出用于動(dòng)態(tài)偏差估計(jì)的高斯均值移動(dòng)配準(zhǔn)算法。該算法的基本思想是首先利用擴(kuò)展卡爾曼濾波器實(shí)時(shí)地估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)，再利用高斯均值移動(dòng)算法估計(jì)傳感器的動(dòng)態(tài)偏差。隨后，又分析了該算法的計(jì)算復(fù)雜度，分析結(jié)果表明所提出的算法比現(xiàn)有方法的計(jì)算量小。利用該算法可以得到較好的配準(zhǔn)效果，尤其是對(duì)于目標(biāo)數(shù)較少的情況下，其配準(zhǔn)效果較現(xiàn)有方法更加明顯。 5.提出了異步傳感器的偏差估計(jì)算法。首先利用目標(biāo)在同一時(shí)刻的真實(shí)目標(biāo)狀態(tài)對(duì)不同傳輸