z轴 上长度分别为5的对角线元素值；以基准长方体为中心对6.1)的立方体用多个长方体进行 无缝填充，其中所有长方体的形状、尺寸均与基准长方体相同；记各长方体中心点的坐标集 合为：
[0062] 0={ri,i = l,2,3, . . . ,Μ},
[0063] 其中，ri代表第i个长方体的中心点坐标行向量，Μ表示长方体的个数；
[0064] 6.3)对各长方体中心点的坐标集合0中的点作如下变换：
[0065] qi = riP+s ；
[0066] 记坐标平移旋转变化后格网单元中心点的坐标集合为：
[0067]
[0068] 其中，qi表示上述变换后的第i个元素，s表示所述初始栅格单元的中心点坐标行 向量；
[0069] 6.4)在坐标平移旋转变化后格网单元中心点的坐标集合〇中，剔除掉不在所述监 视区域中的多余点，并记剔除多余点后格网单元中心点的坐标集合为：
[0070]
[0071 ]其中ti为最终划分出的各格网单元中心点的坐标行向量，E为最终划分出的格网 单元个数。
[0072] 步骤7,空间配准。
[0073] 本发明所述的空间配准是指:针对划分出的格网，对各雷达站的回波信号在格网 单元处进行采样，其实现途径为：
[0074] 根据指向监视区域的每个雷达与步骤6得到的E个格网单元的角度关系，将每个格 网单元与该雷达的接收通道形成对应关系；
[0075] 根据指向监视区域的每个雷达及步骤6得到的E个格网单元的距离关系，将每个划 分出的格网单元与该雷达的距离单元形成对应关系；
[0076] 将每个雷达的回波信号放入与该雷达的接收通道和距离单元相对应的格网单元 内，完成空间配准。
[0077] 本发明的效果可通过以下仿真对比试验进一步说明：
[0078] 1.仿真场景：实验采用二维雷达，认为雷达1~雷达4分别坐落于(0,0)km，（50,0) 1〇11、（100,0)1〇11和(0,50)1〇11，波束指向分别为31/4、31/2、331/4和0，设光速〇 = 3\108111/8，发射 信号带宽均为Β=1ΜΗζ，方位角分辨率均为0Beam = ji/18O,监视区域为点（49.7,50.3)km、 (50.3,50.3)km、（49.7,49.7)km和(50.3,49.7)km组成的矩形区域，监视区域中心点为(50， 50)km，松弛因子m = 2/3,各雷达在监视区域处的能量均为1，雷达布站示意图如图2所示。 [0079] 2.仿真内容：
[0080]仿真1:采用以上实验场景，给出在松弛因子m = 2/3时，4部雷达在栅格划分后的监 视区域能量损失图，结果如图3;
[0081]仿真2:采用以上实验场景，给出在松弛因子m=l时，4部雷达在栅格划分后的监视 区域能量损失图，结果如图4;
[0082]仿真3:采用以上实验场景，给出在松弛因子m = 3/4时，4部雷达在栅格划分后的监 视区域能量损失图，结果如图5;
[0083]仿真4:采用以上实验场景，给出在松弛因子m=l/2时，4部雷达在栅格划分后的监 视区域能量损失图，结果如图6;
[0084]每幅图的纵横坐标单位均为米，用x(m)和y(m)表示的，每幅图中黑色*表示栅格单 元中心，颜色的对应值表示能量值，监视区域能量的最大值等于照射到监视区域中的雷达 站的能量值之和。
[0085] 3.实验结果分析：
[0086] 在图3中，栅格单元个数为19个，在栅格单元中心点处，能量损失为0,在各栅格单 元交汇处，存在少量能量损失，且损失的能量为最大值的1/4 < 1/2，符合工程要求，可见，该 方法性能较好，可用于信号融合时的空间配准。
[0087] 比较图3~图6,栅格单元的个数分别为19个、9个、13个、和32个，可见在松弛因子 不同时，监视区域内栅格点数量也不同。且各图中，在栅格单元中心点处，融合后能量都不 存在损失，但在栅格单元的交汇处，随着松弛因子的减小，最大的能量损失分别为3/4、1/2、 1/4和0,当能量损失超过1/2时，就会严重影响信号融合的性能。可见松弛因子影响着空间 配准的性能，针对不同的雷达布站方式，松弛因子需重新确定。
[0088] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种雷达组网系统的空间配准方法，所述雷达组网系统内包含多部雷达，其实现步 骤包括如下： 1) 设定雷达组网系统的监视区域，选定监视区域中屯、点作为初始栅格单元的中屯、点； 2) 根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达； 3) 计算雷达组网系统内各雷达在监视区域中屯、点处形成的初始空间分辨单元信息W 及初始栅格单元中屯、点相对于指向监视区域的各雷达的方位角曰1和俯仰角护，其中1 < i < N，N表示所述指向监视区域的雷达总数； 4) 将每个雷达的初始空间分辨单元近似为楠球形状，计算该楠球区域的协方差矩阵Cl, 其中1含i含N，N表示所述指向监视区域的雷达总数； 5) 计算初始栅格单元的大小D和对应的旋转矩阵P; 5a)根据各楠球区域的协方差矩阵Cl,计算各楠球相交区域的协方差矩阵C:其中，（?厂1表示矩阵求逆运算，ki表示所述指向监视区域的第i部雷达对应的楠球区 域的协方差矩阵的权重系数，ki的取值依据行列式最小准则确定。 5b)对各楠球相交区域的协方差矩阵C进行特征值分解，C = VDV^i,得到特征值矩阵D和 特征向量矩阵V; 根据特征值矩阵D得到初始栅格单元的大小巧为： Jy 二.''2阿!履 其中，员的对角线元素表示初始栅格单元=维尺寸，m表示松弛因子，m的取值由雷达参 数和布站情形确定； 5c)根据特征向量矩阵V的正交特性，将C=VDV-I变换为:C= (V-I)Tqv-I,得到初始栅格单 元对应的旋转矩阵为:p=Fi 其中（?）T表示矩阵的转置运算； 6) 根据初始栅格单元的大小已和对应的旋转矩阵P，将监视区域划分为E个格网单元； 7) 完成空间配准： 根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的角度关系，将每个格网单元对应到该 雷达的接收通道； 根据指向监视区域的每个雷达与E个格网单元的距离关系，将每个划分出的格网单元 对应到该雷达的距离单元。2. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤2)中根据雷达组网系统内各雷达波束指向选 出照射到监视区域的雷达，是对雷达组网系统内每个雷达分别作判别，根据监视区域中屯、 点坐标和雷达位置坐标计算出监视区域中屯、相对于该雷达的方位角a和俯仰角0，若a、e分 别在该雷达当前时刻发射波束的方位、俯仰角度范围内，则将该雷达归为指向监视区域的 雷达。3. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤3)中计算雷达组网系统内各雷达在监视区域 中屯、点处形成的初始空间分辨单元信息W及初始栅格单元中屯、点相对于指向监视区域的 各雷达的方位角和俯仰角妈，按如下步骤进行： 3a)为了简化计算，将雷达在监视区域中屯、点处形成的初始空间分辨单元近似为长方 体； 3b)设初始空间分辨单元的长方体中屯、与雷达站的距离为r，计算得出该长方体在距离 维上的长度A r，在方位维上的长度r A 0，在俯仰维上长度，其中，r通过距离计算公式 得到，A r、A 0和A取分别为已知的雷达距离分辨率、方位角分辨率和俯仰角分辨率。 3c)根据初始栅格单元中屯、点坐标和雷达位置坐标即可计算出初始栅格单元相对于指 向监视区域的各雷达的方位角01和俯仰角巧，其中1含i含N，N表示所述指向监视区域的雷 达总数。4. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤4)中计算初始空间分辨单元的协方差矩阵Cl, 按如下步骤进行： 4a)构建关于俯仰角的旋转矩阵化和关于方位角的旋转矩阵R2:其中賊为初始栅格单元相对于指向监视区域的第i部雷达的俯仰角，为初始栅格单元 相对于指向监视区域的第i部雷达的方位角，1含i含N，N表示所述指向监视区域的雷达总 数； 4b)计算初始空间分辨单元的综合旋转矩阵R为： 民二民1民2; 4c)根据综合旋转矩阵R，得到初始空间分辨单元的协方差矩阵Cl为：其中（?）T表示矩阵的转置运算，曰1表示第i部雷达在监视区域中屯、点处形成的初始空 间分辨单兀所代表的长方体在距离维上的长度，bi表不该长方体在方位维上的长度,Ci表不 该长方体在俯仰维上的长度，1含i含N，N表示所述指向监视区域的雷达总数。5. 根据权利要求1所述的方法，其中步骤6)中根据初始栅格单元的大小扫和对应的旋 转矩阵P，将监视区域划分为E个格网单元，按如下步骤划分： 6a)在笛卡尔坐标系中绘制一立方体，其中，立方体的中屯、位于坐标系原点，各边平行 于坐标轴，且边长等于所述监视区域中屯、点到所述监视区域边缘的最大距离； 6b)设定基准长方体的中屯、在坐标系原点，各边平行于坐标轴，且各边在x，y，z轴上长 度分别为扫的对角线元素值； W基准长方体为中屯、对6a)的立方体用多个长方体进行无缝填充，其中所有长方体的 形状、尺寸均与基准长方体相同； 记各长方体中屯、点的坐标集合为〇=^14 = 1，2,3，...，1}，其中^1代表第1个长方体 的中屯、点坐标行向量，M表示长方体的个数； 6c)对各长方体中屯、点的坐标集合O中的点作如下变换： qi = riP+s； 记坐标平移旋转变化后格网单元中屯、点的坐标集合巧=細,，/ = 1，2,3...，姐}，其中，qi表 示上述变换后的第i个元素，S表示所述初始栅格单元的中屯、点坐标行向量； 6d)将坐标平移旋转变化后格网单元中屯、点的坐标集合巧中，不在所述监视区域中的 多余点剔除掉，并记剔除多余点后格网单元中屯、点的坐标集合为/ = 12,3 ..，必j，其 中ti为最终划分出的各格网单元中屯、点的坐标行向量，E为最终划分出的格网单元个数。
【专利摘要】本发明提出一种雷达组网系统的空间配准方法，主要解决现有雷达组网系统信号融合时空间配准的能量损失较大、配准效果不佳问题。其技术方案是：1)设定监视区域，选定监视区域中心点作为初始栅格单元的中心点；2)根据雷达组网系统内各雷达波束指向选出照射到监视区域的雷达；3)计算所述各雷达在所述中心点处形成的初始空间分辨单元信息；4)计算所述各雷达初始空间分辨单元的融合区域的协方差矩阵；5)计算初始栅格单元的大小和对应的旋转矩阵；6)根据初始栅格单元对监视区域进行栅格划分；7)将划分出的网格单元分别对应到各雷达的接收通道和距离单元，完成空间配准。本发明能量损失小，性能优异，可用于目标检测中的信号融合。
【IPC分类】G01S7/40
【公开号】CN105652255
【申请号】
【发明人】周生华, 刘宏伟, 洪浪, 但晓东, 纠博, 严俊昆
【申请人】西安电子科技大学, 西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月29日