基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于傳感器數據處理領域，適用于無源被動傳感器測向交叉定位系統對多 目標跟蹤過程中虛假交叉點的去除。
【背景技術】
[0002] 無源定位系統隱蔽性能好、抗干擾能力強、作用距離遠，最常用的一種無源定位方 法是利用輻射源的角度量測信息進行目標的定位，而測向交叉定位是多站無源定位的主要 方式之一，能夠有效對抗干擾。被動傳感器根據測得的角度信息通過交叉定位來獲得目標 的位置信息，但是，當該系統處在多目標環境中，就會面臨嚴重的虛假交叉點消除問題。
[0003] 虛假交叉點由傳感器與目標的相對位置決定，并且在不同的觀測周期間具有某種 變化規律，對真實目標軌跡的觀測造成很大的擾亂和迷惑，如何有效地去除這些虛假交叉 點，現有的方法主要有：
[0004] (1)最小距離法。這種方法理論上簡單有效，但是當傳感器數量較多時，計算量呈 指數增加，不適于傳感器數量大于3情況下的實際應用；
[0005] (2)方位角粗關聯、細關聯法。該方法與最小距離法的原理相同，首先將傳感器按 順序兩兩對目標定位，計算定位點間的距離，保留距離和較小的點跡對應傳感器量測，然后 對這些傳感器量測按所有可能的兩兩組合對目標進行定位。該方法的弊端是，粗關聯過程 舍棄部分有效的數據，雖然大大降低了計算量，但是很容易定位到虛假交叉點。
【發明內容】
[0006] 1.要解決的技術問題
[0007] 本發明的目的根據重合的交叉點在參量空間落入相同的積累單元，提出一種基于 Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，可以解決虛假交叉點消除問題中信息量 少、計算量大、定位效果差的問題。
[0008] 2.技術方案
[0009] 本發明提出的基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特征在于 包括以下技術措施：
[0010] 步驟一、測向交叉點數量、重合情況分析：通過幾何三角關系計算對應目標的交叉 點的數量，這些點相互重合，分情況討論虛假交叉點重合的情況，具體措施為：
[0011] η > 2個被動傳感器跟蹤m個目標，每部傳感器獲得多個方位角量測，傳感器兩兩 交叉定位，最多獲得個交叉點，其中對應目標的交叉點是相互重合的，虛假交叉點 大多是孤立的，但也存在重合的情況：
[0012] (I) η > m，虛假點處最大交叉點數為Ch
[0013] (2)n = m，虛假點處最大交叉點數為C,〖，并且此種情況的點只可能存在一個；
[0014] (3)n < m，虛假點處最大交叉點數為g，并且此種情況的點可能存在多個；
[0015] 步驟二、Hough變換數據處理參數初始化：根據傳感器位置及目標位置，每部傳感 器獲得多個目標的角度量測，根據傳感器的角度量測誤差對參量空間的角度維進行分割， 確定分割的單元數，具體措施為：
[0016] ,為第i部傳感器的位置坐標，< 為第i部傳感器量測誤差方差，Dij為第i部 和第j部傳感器基線長度，[?...?,?為第i部傳感器的方位角量測；P - Θ為Hough變換 參數空間，將個點對應曲線在積累單元投票，相應的投票矩陣為A1, Rmax為單個交叉 點在參量空間對應距離最大值，1?_為單個交叉點在參量空間對應距離最大值；Δ θ、Δ p 為ρ-θ參量空間積累單元的單元格邊長，其中，Δθ = π/N0，Δρ = (Rmax-Rmin)/Np，N0 為參數Θ的分割段數，Np為參數P的分割段數，Thr為二元假設檢驗門限。
[0017] 步驟三、交叉定位：將傳感器兩兩分組，根據傳感器位置、傳感器間基線長度及多 個目標的角度量測，獲得交叉點在笛卡爾坐標系下的坐標，具體措施為：
[0018] (1)建立存儲器陣列StoreQ, j);
[0019] (2)將傳感器兩兩分組，每組具有兩組數據[?),?,2,…和[?...<];
[0020] (3)兩組數據各取一元素結合Dij三角定位，定位數據=彳丨，p = m2存儲在存儲 器陣列
【主權項】
1.基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特征包括以下步驟： 步驟一、測向交叉點數量、重合情況分析：通過幾何三角關系計算對應目標的交叉點的 數量，這些點相互重合，分情況討論虛假交叉點重合的情況； 步驟二、Hough變換數據處理參數初始化：根據傳感器位置及目標位置，每部傳感器獲 得多個目標的角度量測，根據傳感器的角度量測誤差對參量空間的角度維進行分割，確定 分割的單元數； 步驟三、交叉定位：將傳感器兩兩分組，根據傳感器位置、傳感器間基線長度及多個目 標的角度量測，獲得交叉點在笛卡爾坐標系下的坐標； 步驟四、交叉點經Hough變換投影到參量空間，所得曲線Q在相應的積累單元進行投 票積累：根據傳感器的量測誤差計算積累單元距離為劃分的最大單元數，使對應同一目標 點的交叉點能夠落入相同的積累單元，按順序記錄每個點落入的積累單元的距離維的單元 號，得到序列k，所有交叉點對應曲線投票完畢后，記錄每個序列k相應的積累值，得到序 列氏； 步驟五、雙門限虛假點判決：根據積累單元積累值，消除獨立的或重合數少的交叉點對 應曲線，保留的曲線根據積累單元號相似的程度，確定目標對應的曲線； 步驟六、Hough逆變換：經過步驟五后，得到有效的參量曲線，在相應存儲器單元Memoiy(外，吟）中讀出相應的狀態數據(分，☆)，最終完成有效交叉點從參量空間到笛卡爾 空間的映射； 步驟七、與目標交叉點特性相同的虛假交叉點消除。
2.根據權利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特 征在步驟一所述的測向交叉點分析為 n>2個被動傳感器跟蹤m個目標，每部傳感器獲得多個方位角量測，傳感器兩兩交叉定 位，最多獲得個交叉點，其中對應目標的交叉點是相互重合的，虛假交叉點大多是 孤立的，但也存在重合的情況： (1) n>m，虛假點處最大交叉點數為 (2)n=m，虛假點處最大交叉點數為0，并且此種情況的點只可能存在一個； (3)n〈m，虛假點處最大交叉點數為 <，并且此種情況的點可能存在多個。
3.根據權利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特 征在步驟二所述的Hough變換數據處理初始化方法為 ?為第i部傳感器的位置坐標，of為第i部傳感器量測誤差方差，為第i部和 第j部傳感器基線長度，[?....<]為第i部傳感器的方位角量測，P-9為Hough變換參 數空間，將<?個點對應曲線在積累單元投票，相應的投票矩陣為為單個交叉點 在參量空間對應距離最大值，1?_為單個交叉點在參量空間對應距離最大值，A0、Ap為p-0參量空間積累單元的單元格邊長，其中，A0 =Ji/N0，Ap= (Rmax-Rmin)/NP，N(^ 參數0的分割段數，Np為參數P的分割段數，Thr為二元假設檢驗門限。
4. 根據權利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特 征在步驟四所述的交叉點經Hough變換后的曲線在積累單元的積累方法為 (1) 積累單元單元數 建立假設檢驗： %:源于同一目標的交叉點完全對應相同的積累單元 氏：源于同一目標的交叉點不完全對應相同的積累單元 根據傳感器量測誤差及位置幾何關系，決策門限k>Thr時源于同一目標的交叉能夠 落入相同的積累單元，并據此計算積累單元的最大劃分單元數#rx、; (2) 參量空間劃分 將參數空間P_ 0進行劃分成積累單元，P= [PDP2, ?? ?，PJ，9= [9 1，92,? ? ? ，9n]每個積累單元的中心點為：
納，NesNr、w.， (3) 建立積累單元累加器和存儲器 建立積累單元累加器P(P，9)，置每一單元為〇,建立存儲器陣列Mem〇ry(P，0)，置 存儲單元指針為1 :Index(p，9 ) = 1 ; (4) 將交叉定位狀態{Xd經過Hough變換映射到參數空間中，即把笛卡爾空間中狀態 {Xd中每一個狀態數據[<;<]按照以下Hough變換方程轉化到參量空間
定義對應的參數曲線為C1; (5) 投票積累和狀態數據存儲 在曲線Q對應的積累單元進行投票，并將所處的P積累單元的單元號記錄成序列Lp記錄序列k的每個積累單元上的積累值成序列Hi，同時將狀態數據[兮;存儲在相應的 存儲單元Memory(P，9 )中； (6) 重復（3)~（5)直到將所有定位點狀態映射到參數空間中。
5. 根據權利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特 征在步驟五所述的虛假交叉判決方法為 ⑴設定門限Thri，計算投票數〃；> 77〃;J= 1，2/V,,的數目，當數目超過一定值Q時，保 留相應的投票單元1 ; (2)再設定門限Thr2，把保留的記錄單元進行比較，如果重合數Q#>Thr2，保留相應的投 票單元，否則，舍棄。
6. 根據權利要求1所述的基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，其特 征在步驟七所述的與目標具有相同特性的虛假交叉點消除方法為 交叉定位點中可能存在無法與真實目標交叉點區分的虛假交叉點，從單個觀測周期無 法去除，可以根據不同觀測周期頑固交叉點會發散來判別。
【專利摘要】本發明公開了一種基于Hough變換的測向交叉定位系統虛假點消除方法，該方法通過Hough變換實現大部分虛假交叉點的去除，并通過相鄰周期比較去除與目標交叉點特性相同的虛假交叉點。本發明的方法步驟：（一）分析交叉定位點的數量和重合特點；（二）通過二元假設檢驗計算參量空間劃分的最多單元數；（三）對交叉點進行Hough變換，并在相應的積累單元投票，記錄積累單元號和相應的投票數；（四）建立雙門限，逐步排除獨立的交叉點和重合數少的交叉點；（五）通過Hough逆變換還原積累單元序列對應的交叉點狀態；（六）比較相鄰周期保留的交叉點，進一步消除虛假點。本發明的方法計算量小，定位準確度高，工程實現容易。
【IPC分類】G01S5-04, G01S5-02
【公開號】CN104808173
【申請號】CN201510245991
【發明人】王國宏, 盛丹, 于洪波, 譚順成, 張翔宇, 吳巍, 孫殿星
【申請人】中國人民解放軍海軍航空工程學院
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月14日