一種基于多級拍賣算法的多平臺點(diǎn)跡融合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)載航電綜合領(lǐng)域，特別涉及多機(jī)編隊(duì)組網(wǎng)協(xié)同融合定位技術(shù)，具體 是指一種基于多級拍賣算法的多機(jī)平臺點(diǎn)跡融合策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，隨著網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、空海一體戰(zhàn)、體系對抗、集群作戰(zhàn)、分布式作戰(zhàn)等新型作戰(zhàn) 概念的方興未艾，對于航空裝備而言，數(shù)據(jù)融合正由傳統(tǒng)的面向單機(jī)平臺傳感器的平臺級 融合向協(xié)同級融合、體系級融合方向發(fā)展。在協(xié)同級融合中，戰(zhàn)機(jī)平臺不再僅僅依靠本平臺 傳感器的探測數(shù)據(jù)，而是通過機(jī)間數(shù)據(jù)鏈，與編隊(duì)其他戰(zhàn)機(jī)交互并共享探測信息，形成分布 式探測網(wǎng)絡(luò)，完成對戰(zhàn)場態(tài)勢的協(xié)同感知，進(jìn)而支持編隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)的協(xié)同防御、協(xié)同站位和協(xié)同 攻擊。
[0003] 目前在協(xié)同級融合的具體實(shí)現(xiàn)中，編隊(duì)飛機(jī)是基于航跡進(jìn)行融合感知的，即編隊(duì) 各戰(zhàn)機(jī)首先形成基于本平臺的目標(biāo)航跡，然后在機(jī)間數(shù)據(jù)鏈的支持下，將之上報給編隊(duì)長 機(jī)，通過航跡關(guān)聯(lián)與航跡融合，形成基于編隊(duì)的目標(biāo)航跡信息。在該融合模式下，各戰(zhàn)機(jī)平 臺在形成各自目標(biāo)航跡的過程中，會導(dǎo)致大量探測信息的丟失，隨著戰(zhàn)場環(huán)境日趨復(fù)雜、電 磁干擾的愈演愈烈、以及航空武器的隱形化，這一融合模式的劣勢將越發(fā)明顯。例如：當(dāng)編 隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)探測低空目標(biāo)、隱身目標(biāo)、小型目標(biāo)時，各平臺通常只能形成一些零散的短航跡，當(dāng) 長機(jī)融合處理這類短航跡時，無法實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)穩(wěn)定、持續(xù)、有效地跟蹤，并且過多的短航跡 也會導(dǎo)致編隊(duì)對戰(zhàn)場態(tài)勢感知的混亂。
[0004] 針對這一問題，基于點(diǎn)跡的編隊(duì)融合感知成為一種可行的協(xié)同級融合的實(shí)現(xiàn)模 式。在該模式下，編隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)不再形成各自的目標(biāo)航跡，而是將探測獲取的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)直接上報 給長機(jī)進(jìn)行融合處理，從而避免了探測信息的過多損失。在長機(jī)處理多平臺點(diǎn)跡時，一個關(guān) 鍵問題是需要確定多源點(diǎn)跡與目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，然而，由于點(diǎn)跡包含雜波、漏檢、虛警等情 況，直接基于點(diǎn)跡的處理方式將遠(yuǎn)比基于航跡的復(fù)雜；同時，伴隨著編隊(duì)規(guī)模的擴(kuò)大、目標(biāo) 的密集，其計算求解也更容易陷入指數(shù)爆炸。目前常用的方法是將多平臺點(diǎn)跡融合問題轉(zhuǎn) 換為多維分配問題，通過各種松弛方法或智能優(yōu)化方法確定點(diǎn)跡與目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而 融合跟蹤估計;但是，在轉(zhuǎn)化為多維問題時，需枚舉多平臺點(diǎn)跡與目標(biāo)可能對應(yīng)關(guān)系并評 分，在密集目標(biāo)回波以及大編隊(duì)協(xié)同探測情況下，這一過程的計算復(fù)雜度并不低，難以有效 滿足現(xiàn)階段航空裝備工程實(shí)時性需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種基于多級拍賣算法的多平臺點(diǎn)跡融合方法，就是 能夠快速有效融合多平臺探測獲取的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于點(diǎn)跡處理的編隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)協(xié)同感知， 提升編隊(duì)飛機(jī)在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下對敵協(xié)同探測、跟蹤、定位能力。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種基于多級拍賣算法的多平臺點(diǎn)跡融合方法，包含以下步驟：
[0008] 第一步：將不同戰(zhàn)機(jī)平臺上報的點(diǎn)跡轉(zhuǎn)化到同一個坐標(biāo)系下，獲取各點(diǎn)跡在同一 個笛卡爾坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)、以及誤差協(xié)方差陣；
[0009] 第二步:任意選取兩個戰(zhàn)機(jī)平臺，將其中一個戰(zhàn)機(jī)平臺作為中間平臺，中間平臺上 報的點(diǎn)跡作為中間量點(diǎn)跡，中間量點(diǎn)跡對應(yīng)的位置坐標(biāo)與誤差協(xié)方差陣集合分別為
;另外一個戰(zhàn)機(jī)平臺作為待互聯(lián)平臺，待 互聯(lián)平臺卜報的?協(xié)作為待百滕?協(xié)，待百滕?協(xié)隼合對應(yīng)的位置坐標(biāo)與誤差協(xié)方差陣集 合分別）
：，ma表示中間平臺上報的點(diǎn)跡數(shù) 量，me表示待互聯(lián)平臺上報的點(diǎn)跡數(shù)量，表示中間平臺漏檢情況，表示待互聯(lián)平臺漏 檢情況；
[0010]第三步：從中間量點(diǎn)跡集合和待互聯(lián)點(diǎn)跡集合中各選取一個點(diǎn)跡： 矣0)、〇)，定義粗的等效距離門限Y也，并計算這兩個點(diǎn)跡間的等效距離：
[0011]
[0012] 其中，（·）1表示矩陣的轉(zhuǎn)置。若p< yth，則判斷這兩個點(diǎn)跡存在可能互聯(lián)；
[0013] 第四步，對于存在可能互聯(lián)的中間量點(diǎn)跡與待互聯(lián)點(diǎn)跡進(jìn)行互聯(lián)評分：
[0014]
[0015]其中，P表示對目標(biāo)的檢測概率，Φ表示各戰(zhàn)機(jī)平臺監(jiān)視區(qū)域的大小，P和Φ已知的常 量，u( ·)表示指標(biāo)函數(shù)，滿足：
[0016]
[0017] 當(dāng)f ?與2^都不表示漏檢的情況，Va與的計算公式為：
[0018]
[0019]
[0020] 其中，￡廣表示中間平臺點(diǎn)跡zp與互聯(lián)平臺點(diǎn)跡^"的合并，通過凸組合方法加 權(quán)計算獲得；
[0021] 第五步，根據(jù)中間量點(diǎn)跡與待互聯(lián)點(diǎn)跡的互聯(lián)評分，組成ma+rne維代價矩陣Λ，ma+ me維代價矩陣Λ包含Λ pq( 1 < p < ，1 < q < _)存儲0)與&(?式0)的互聯(lián)評分；
[0022] 第六步，基于矩陣Λ，通過拍賣算法作二維求解，明確中間量點(diǎn)跡與待互聯(lián)點(diǎn)跡的 對應(yīng)關(guān)系，當(dāng)判定將中間量點(diǎn)跡與待互聯(lián)點(diǎn)跡源于同一目標(biāo)時，將兩者進(jìn)行合并;若拍賣算 法求解的累計次數(shù)小于D-1次，則將合并后的點(diǎn)跡集合作為中間量點(diǎn)跡集合，再從剩余平臺 中任取一個平臺的點(diǎn)跡集作為待互聯(lián)點(diǎn)跡集合，轉(zhuǎn)入第三步;若拍賣算法求解的累計次數(shù) 等于D-1次，則將合并后的點(diǎn)跡集合作為編隊(duì)層面的等效點(diǎn)跡集合；
[0023] 第七步:根據(jù)等效點(diǎn)跡集合，采用經(jīng)典多目標(biāo)跟蹤算法，估計出目標(biāo)的位置、速度 與批號。
[0024] 較佳地，所述第三步中還包含對#〇)與#°、與進(jìn)行可能互 聯(lián)的判斷；
[0025] 所述第四步中，當(dāng) 古0):與互聯(lián)、或# 〇)與4〃互聯(lián)時，^與Ve項(xiàng)的 計算公式為：
[0026]
[0027]
[0028] 其中，表示提取的對角元素，并對其開方組成的行向量;λ表示比 例系數(shù)；
[0029] 所述第五步中tm+me維代價矩陣Λ還包含存儲與爹0) 的互聯(lián)評分;及
[0030] 4?_(]句' 存儲d，0)與?的互聯(lián)評分。
[0031] 本發(fā)明的有益效果在于:采用本發(fā)明的技術(shù)可處理基于點(diǎn)跡的編隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)融合感知 問題。當(dāng)采用四機(jī)編隊(duì)協(xié)同探測時，能夠?qū)崿F(xiàn)對多批目標(biāo)的跟蹤與定位。并且，隨著目標(biāo)探 測獲取的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)增多（由目標(biāo)密度的變大與編隊(duì)平臺數(shù)目增多導(dǎo)致），采用本發(fā)明的技 術(shù)，相對傳統(tǒng)方法(多維分配次優(yōu)求解），能夠在確保跟蹤性能不下降的前提下，大幅度降低 計算復(fù)雜度；例如，對于四機(jī)編隊(duì)協(xié)同探測多于五個目標(biāo)的場景，能夠降低計算時間至少 70%以上。
【附圖說明】
[0032]圖1是編隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)對20批目標(biāo)的融合跟蹤結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]本發(fā)明是由各編隊(duì)?wèi)?zhàn)機(jī)將探測獲取的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)上報給長機(jī)后，由長機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)融 合，首先將各平臺探測獲取的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到同一坐標(biāo)系下;然后，判斷各平臺點(diǎn)跡的可能 來源并進(jìn)行評分，通過多級拍賣算法實(shí)現(xiàn)兩兩求解，明確不同平臺點(diǎn)跡之間的互聯(lián)關(guān)系，合 并源于同一目標(biāo)的點(diǎn)跡，形成編隊(duì)層面的等效點(diǎn)跡;最后，基于這些點(diǎn)跡，采用多目標(biāo)跟蹤 算法，估計出目標(biāo)的位置、速度與批號。具體包含以下步驟：
[0035] 第一步、將不同戰(zhàn)機(jī)平臺上報的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到一個坐標(biāo)系下。在時刻k，第d個編 隊(duì)平臺在笛卡爾坐標(biāo)系下的位置為(^^，2< 1)，探測獲取的第1(1個點(diǎn)跡數(shù)據(jù)為(0，0\#) (平臺d獲取的點(diǎn)跡總數(shù)為md)，其中，和分別表示點(diǎn)跡的距離、方位和俯仰數(shù) 據(jù)。若和滿足均值為零，標(biāo)準(zhǔn)差為h,d、〇n,d與的高斯分布，采用去偏量測轉(zhuǎn) 換公式，可以獲取該點(diǎn)跡在同一個笛卡爾坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)^f、以及誤差協(xié)方差陣 時。
[0036] 第二步、從包含D個戰(zhàn)機(jī)的編隊(duì)中任意選取兩個戰(zhàn)機(jī)平臺，將其中一個戰(zhàn)機(jī)平臺作 為中間平臺，中間平臺上報的點(diǎn)跡作為中間量點(diǎn)跡，中間量點(diǎn)跡對應(yīng)的位置坐標(biāo)與誤差協(xié) 方差陣集合分別為
（ma為中間平臺上報的點(diǎn)跡 數(shù)量）；另外一個平臺作為待互聯(lián)平臺，待互聯(lián)平臺上報的點(diǎn)跡作為待互聯(lián)點(diǎn)跡，待互聯(lián)點(diǎn) 跡集合對應(yīng)的位置坐標(biāo)與誤差協(xié)方差陣集合分別為y
與
me為待互聯(lián)平臺上報的點(diǎn)跡數(shù)量）。
[0037] 考慮到平臺探測存在漏檢的情況，采用f與zf:表示平臺漏檢情況，則中間量點(diǎn) 跡集合與待互聯(lián)點(diǎn)跡集合擴(kuò)充，
[0038]第三步、從中間量點(diǎn)跡集合和待互聯(lián)點(diǎn)跡集合中各選取一個點(diǎn)跡： <4(4 # 0)、賽0)，定義粗的等