多传感器数据融合测试系统自测方法研究❋

裘海蓉

(信息系统工程重点实验室,江苏南京 210007）

0 引 言

数据融合测试系统在军事领域发挥着重要作用,保障着测试对象(如指挥系统、武器系统等)的安全性和有效性[1-2].数据融合测试系统集成了包括测试数据源、测试数据采集和测试数据处理等多种设备,通过对各类数据模拟器设置指定的探测参数,进而对被测数据融合系统的融合效果进行测试.这是一个动态测试的过程,在这个过程中,各测试数据源是否准确地按照指定的探测参数进行模拟,以及动态测试误差的大小,直接决定了被测数据融合系统测试结果的准确性和有效性.因此测试被测数据融合系统前,必须对测试系统各设备进行自测,保证测试系统各设备工作正常,否则将无法保证测试系统的量值精度.按照国家对测试系统的要求,引入先进的管理思想,进行测试系统的量值状态管理,科学设定校准门限,并且在每次测试前实施自测过程控制,自动报警、提示需要检查的设备,是减少测试系统的自身误差几率,提高测试保障效率的有效途径.

测试系统的自测保障是以系统的量值状态监测为基础,进行系统状态趋势的分析和预测,根据系统量值的结果进行决策,对测试系统进行有效保障.

1 测试系统自测体系

1.1 测试系统自测方法

通常测试系统的自测方法分为离位自测和原位自测两种.离位自测是把测试系统看作独立测试仪器的组合,自测工作被分解为针对每个仪器的单独自测过程.原位自测则将测试系统作为一个具有测试功能的整体单元,定义统一的自测流程,被检测的参数特性是被测设备测试所需要的,或是自测过程中必需的特性.原位自测克服了离位自测的许多缺点,满足了测试系统整体自测的要求.数据融合测试系统进行自测时,采用原位自测方法.

1.2 测试系统自测体系规划

测试系统自测体系如图1所示.测试单位依据测试要求配备自测参考标准,同时,在系统内部配备参考标准的核查标准,实施自测过程控制.如果系统内部核查标准量值稳定,则确认系统自测通过.

图1 数据融合测试系统自测体系Fig.1 Auto-testing system atic frame of the data fusion evaluation system

2 测试系统自测过程控制

2.1 自测过程控制方法

自测过程定义为一组相互关联的,与实施测量有关的资源、活动和影响量.资源包括测试人员、测量设备、测量程序、测量方法等.影响量是指由环境条件引起的对自测结果有影响的各种因素.自测过程控制对核查标准的响应完全类似于对被测对象的响应,通过核查数据的统计分析,可以判断整个测量期间的测量过程表现,达到测试目的.

测试系统内部具备各精度等级的工作标准(参考标准),同时依据测试要求配备核查标准,将工作标准与核查标准进行核查比对,生成量值核查样本,建立核查数据库,对核查数据进行统计分析,分析其是否受控,从而判断系统是否稳定.通过测试前的核查可以及时发现系统量值的变化,使之保持在规定的误差要求范围之内,是其具备对被测系统进行测评的条件.

2.2 自测过程控制的统计方法

测试系统的自测过程是一个动态测试过程,也就是被测量为变量的连续测量过程[3],在这个动态测试过程中必然形成动态测试误差,该误差是动态测试结果减去被测变量的真值.由于引起动态测试误差的因素要考虑变量的变化规律及特定、测试系统的动态特性以及干扰的影响,因此动态测试误差是随着测试时间变化的函数,其性能指标可用峰值误差和均方误差来表示[4].

自测过程控制的统计方法可采用控制图的方法.主要监控自测过程中的均值、标准差或极差的变化趋势,从而监控量值漂移,其中控制图方法应用最广.

假设有一组数值 x1,x2,x3,…,xi,i=1,2,…,N,其均值为

控制图是对过程统计受控状态的一种识别、检测和预测的工具,用来描述过程输出控制质量波动状况控制图的种类很多,按照用途,可分为分析用控制图与控制用控制图;按照监控的数据类型,可分为计量值控制图和计数值控制图.针对数据融合系统测量参数,推荐使用平均值控制图和极差控制图,也可用标准偏差控制图代替极差控制图.

3 应用实例

多雷达数据融合测试系统的自测环境由测试系统以及仿真剧情二部分组成,如图2所示,通过自测即能完成系统的自测任务.

测试系统包括测试数据处理服务器和测试评估服务器,通过对各探测信源的测试,提供各探测信源的自测结果.仿真剧情提供环境需要的剧情和仿真信源.包括剧情模拟器、标准信源模拟器、对空雷达模拟器1、对空雷达模拟器2、对空雷达模拟器3、对空雷达模拟器4.

自测想定中,设定 4部对空雷达,站号分别为101站、102站、103站和104站,共探测空中目标10批,飞行时间为12m in 18 s.自测数据根据探测源设置分为无误差和指定探测源误差两类,具体结果为:①设置探测源无误差时,对4部空雷达进行自测,得到对空雷达自测结果如表1所示.其中,对空雷达横向偏差均方根差如图3所示.②对各探测源设置如表2所示的指定探测源误差.

图2 数据融合测试系统自测环境Fig.2 Auto-testing environmen t of the data fusion evaluation system

图3 对空雷达横向偏差均方根误差柱状图(无误差)Fig.3 H istogram o f antiaircraft radars'transversewarp m ean square error(non-error)

图4 对空雷达横向偏差均方根误差柱状图(指定误差)Fig.4 Histogram of an tiaircraft radars'transversewarp m ean square error(appointed error)

表1 对空雷达自测结果(无误差)Tab.1 Antiaircraft radars'au to-testing results(non-error)

表2 对空雷达基本参数表(指定误差)Tab.2 Antiaircraft radars'main param eters(appoin ted error)

对4部对空雷达进行自测,得到对空雷达自测结果如表3所示.其中,对空雷达横向偏差均方根差如图4所示.由以上两组数据可以看出,自测数据与模拟器设定误差基本一致,提供的动态测试误差也基本满足动态测试的要求,证明该平台具备对被测数据融合系统进行测试的能力.

表3 对空雷达自测结果(指定误差)Tab.3 An tiaircraft radars'auto-testing results(appoin ted er ror)

4 结 论

数据融合测试系统由于集成了大量的设备,测试过程具有信息种类多、精度高等特点,测试过程中引起的动态测试误差的因素也更多、更复杂.本文提出了对信息融合测试系统进行自测的体系及方法,全面监控测试系统的量值状态,并且开发了相应的软件工具,进行了实例验证,实验表明,通过对信息融合测试系统的自测,有助于发现测试过程中的误差源,减小或消除相应的误差,提高测试数据的置信度,进一步保证了测试结果的准确性和有效性,同时也证明自测是测试过程中必不可少的环节.由于信息融合测试系统自测是一种全新的测试保障方法,尚在发展完善中,有许多问题还待于进一步讨论研究.

[1] 田杰.多传感器信息融合性能的测试与评估[J].计算机工程,2003,29(10):84-85.

Tian Jie.Testing and evaluation ofmu lti-sensor in formation fusion[J].Computer Engineering,2003,29(10):84-85.(in Chinese)

[2] 徐丹.信息融合系统性能测试指标和方法研究[J].江苏科技大学学报,2005,19(6):45-49.

Xu Dan.A Study of testing guide and method for information fusion system[J].Transaction of Jiangsu University of Science and Technology,2005,19(6):45-49.(Chinese)

[3] 于渤,杨孝仁,刘智敏.国际通用计量学基本名词[M].第2版.北京:中国计量出版社,1996.

[4] 张志杰.动态测试的误差分析方法研究[J].测试技术学报,2004,18(2):139-142.

Zhang Zhijie.Research on error analysis in dynam icmeasurement[J].Journalof Testand Measurement Technology,2004,18(2):139-142.(in Chinese)