一种基于整体空间位置的融合航迹精度评估方法*

陆光宇

(北京西三环中路19号　北京　100841)

一种基于整体空间位置的融合航迹精度评估方法*

陆光宇

(北京西三环中路19号北京100841)

摘要根据舰载作战系统研制过程中面临的情报处理目标融合航迹精度评估难题,分析了现有舰载情报处理目标融合航迹精度评估方法的不科学性、评估指标的不合理性。论文建立了一种基于整体空间位置的融合航迹精度评估指标,给出了定义、数学模型以及计算评估方法。仿真实验表明了该方法的有效性,可为型号试验融合航迹精度指标评估提供指导。

关键词原始航迹; 融合航迹; 航迹精度; 评估

Class NumberTN957; TP274

1引言

舰载情报信息处理性能评估技术是系统研究、分析、开发与评价的重要课题,一直是舰载指控系统研制过程中面临的难题,其中目标融合航迹精度测试是舰载情报信息处理性能评估的主要任务之一,是舰艇系泊、航行、鉴定试验过程中的重要验证指标。如何建立一套科学、合理、准确的目标融合航迹评估方法,能够对融合系统进行客观、公正、有效地评价是目前研究的重点。

传统的舰载情报处理目标融合航迹精度评估方法一般采用极坐标形式,分别对目标距离、方位以及仰角三个不同方向进行精度评估[1～12],当某一方向精度评估值低于任一输入源该方向最高精度评估值时,其目标融合航迹精度指标不合格。文献[2]中精度评估方式是计算测试时段内舰载指控系统输出的目标航迹和真实目标航迹位置误差原点矩。文献[3]是统计目标航迹和真实目标航迹位置误差中心矩作为融合航迹精度评估指标。其他的国内外文献基本上也是基于这两种方法或者在二者基础上采用改进加权的方式分别计算融合目标距离精度、方位精度和仰角精度,每个矢量方向的精度都低于来源精度,则判精度测试达标,只要有一个矢量上不满足,则判为精度测试不达标,这种评估方法缺乏整体性考虑,不够全面科学的考虑实测环境,导致指标往往很难达到。

本文提出一种基于空间统计的融合航迹精度评估方法,该方法不仅考虑了传统评估方法存在的不完整性,还充分考虑到指控系统情报处理定时输出导致的融合目标外推引入的误差,考虑到实际测量样本量局限导致的根据传统的理论公式计算出来的精度值作为直接评判标准的不科学性,实现了测试环境复杂情况下的有效评估。

2传统精度计算方法

传统的航迹精度是指系统对获取的目标信息进行提取跟踪和信息融合处理后,融合输出航迹在平台为中心东北天坐标系下距离、方位、仰角精度。目前国内科研学者对融合航迹精度的要求通常为在传感器精度满足标称值时,不低于传感器输入的最高精度[1]。

方位精度为

仰角精度为

基于极坐标的航迹精度评估方法,需要计算航迹目标距离精度、方位精度和仰角精度,每个矢量方向的精度都低于来源精度,则判精度测试达标,只要有一个矢量上不满足,则判为精度测试不达标,这种评估方法缺乏整体性考虑,不够全面科学的考虑实测环境,导致指标往往很难达到。

3基于空间位置的融合航迹精度评估方法

3.1最优航迹计算

传统精度计算方法除了评估指标缺乏整体性考虑外,在真实航迹、源航迹和融合航迹匹配关系上采用的是批号对照表,在实际型号系统测试中要获取批号对照信息过于繁琐和低效,批号对照信息错误会导致评估结果不合理。鉴于此,本文提出了最小RMS方法来确定三者之间的最优航迹匹配。

定义1设真值航迹与对应探测的所有传感器的时刻的真值航迹点集合,称为该真值航迹的有效航迹。

定义2设与有效航迹对应时刻最近邻的融合航迹点,称为该有效航迹的最佳匹配点。

定义3设与有效航迹对应的所有最佳匹配点的集合,称为该有效航迹的待评估航迹。

确定待评估航迹主要分为三个步骤,具体执行如下:

Step3:根据定义3,确定有效航迹的待评估航迹。利用定义2对所有融合航迹时刻点进行最佳匹配,将与有效航迹i的所有最佳匹配点形成待评估航迹。

基于上述方法,可以获得有效航迹与待评估航迹的关系,利用这种最优航迹匹配关系就可以较好地进行系统性能综合评估。

3.2基于空间位置的融合航迹精度评估

假设真值航迹Ri(x,y,z),根据上述最优航迹计算方法,遍历得到真实航迹的有效航迹Si(x,y,z),进而得到对应的待评估航迹Fi(x,y,z)。融合航迹质量评估值σ计算公式如下:

其中,n表示对应时刻有效航迹总点数,F(di)=Fi(x,y,z)-Ri(x,y,z),S(di)=Si(x,y,z)-Ri(x,y,z)。

4仿真验证与分析

以两部三维雷达共同探测两批目标为例,导航平台做匀速直线运动, 仿真40个周期。两部雷达

探测周期均为2s,实时融合航迹输出周期为1s,具体如图1、图2所示。

图1　真实目标运动轨迹图

图2　雷达探测目标轨迹图

此次测试样本量n=40,给定显著性水平α=0.05。依据本文提出的方法,计算航迹融合系统精度σ=19.69,查询χ2分位表得到χ1-0.05(40)=26.51,融合精度19.69<26.51,判断航迹融合系统精度测试达标。

表1　雷达标称精度

通过上述试验表明,该综合评估方法能够较好地对复杂战情下的舰载情报信息处理软件系统进行客观、全面、有效的评价,具有较强的适用性和鲁棒性。

5结语

本文主要面向复杂战情下的舰载情报信息处理融合航迹精度评估需求,提出一种基于空间统计的融合航迹精度评估方法,该方法不仅考虑了传统评估方法存在的不完整性,还充分考虑到指控系统情报处理定时输出导致的融合目标外推引入的误差,考虑到实际测量样本量局限导致的根据传统的理论公式计算出来的精度值作为直接评判标准的不科学性,实现了测试环境复杂情况下的有效评估,为舰艇航行、鉴定试验提供有力支撑。

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An Accuracy Evaluation Method of Fusion Track Based on Whole Space Position

LU Guangyu

(No.19 Central Xisanhuan Road, Beijing100841)

AbstractAccording to the information processing target fusion track accuracy assessment in the process of the development of the shipboard combat system, the paper analyzes the unscientific nature of target fusion track accuracy evaluation method and the irrationality of evaluation standard. The paper establishes an accuracy evaluation method of fusion track based in whole space position, gives the definition, the mathematical model, and the calculated means. The simulation shows that the evaluation method is valid and can provide guidance for the accuracy evaluation of the fusion track of the model test.

Key Wordsoriginal track, fusion track, track accuracy, evaluation

*收稿日期:2015年12月6日,修回日期:2016年1月19日

作者简介:陆光宇,男,硕士,工程师,研究方向:军事信息系统及作战指挥控制。

中图分类号TN957; TP274

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.009