一种新的异类传感器信息融合算法
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男 ，硕士 ，研究领域为信息融合 。 收 稿 日期 ：２０１４．０３．３１ 修 回 １３期 ：２０１４．０５．１５ 文 章 编 号 ：１００２ ８３３１（２０１６）０６．０１０７—０４ ＣＮＫＩ网络 优 先 出 版 ：２０１４．０８－２８，ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｏｉ／１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—８３３１．１４０３—０４５４．ｈｔｍｌ
２ 雷达和红外组合描述
为 方便起 见 ，设 雷达 为传感 器 １，红 外为 传感 器 ２。 假定雷达和红 外同地 配置 、同步采样 。
由于采用 分布式 融合算 法 ，所 以对 于雷达和 红外 ， 分别对 目标建立动态模型 ：
（．ｊ｝＋１）＝ （ｋ）Ｘ （ ）＋ （．ｊ｝），ｉ＝１，２；ｋ＝０，１… （１） 其 中 ， （七）为状态 向量 ， （ ）为状 态转移 矩阵 ， （ ） 为过程 噪声。当 ｉ＝１时对应雷达 目标模型 ；当 ｉ＝２时对
任 桂和 等提 出的基 于改进 的扩 展卡 尔曼滤 波算 法ｎ 主 要 适用于 非机动 目标 ，而 对于机 动 目标 ，运 动模型选 择 的准确性对算 法性 能影响较大 。
针对 雷达 和红外这种不 同状 态空问的量测 ，本文 给 出了基于 ＬＭＭＳＥ的分布式异 类融合算法 ，最终得到 了 融合后 的 目标航迹估 计。
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｌｉｑｉ，Ｈ Ｏ Ｕ Ｙａｎｐｅｎｇ．Ｎ ｅｗ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ．Ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１６，５２（６）：１０７—１１０．
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｕｓｉｏｎ，ｒａｄａｒ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｕ ｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ，ｔｈｅ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｆｕｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒａｄａｒ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄａｔａ ｉｓ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｔｒａｃｋｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ｆｕｓｅｓ
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计 算机 工程 与应 用
一 种 新 的异 类传 感 器 信 息 融 合 算 法
王 立琦 ，侯 彦 鹏
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｌｉｑｉ，ＨＯＵ Ｙａｎｐｅｎｇ
西安 交通大学 电子与信息工程学院 ，西安 ７ １ ００４９
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １ ００４９，Ｃｈｉｎａ
应红外 目标模型 。假定 ）为零 均值高斯 白噪声 ，即
基金项 目：国家 自然科学基金 （Ｎｏ．６１００４０８７，Ｎｏ．９１０１６０２０，Ｎｏ．６１）。 作 者简 介：王立琦 （１９６ｌ一 ），男 ，博 士 ，副教 授 ，研究领域为系统辨识 、信息融合 ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｑｗａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；侯 彦鹏 （１９９Ｏ一 ）
ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ｔｒａｃｋ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ（ＬＭＭ ＳＥ）．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ
ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｆｕ ｓｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ．
由于异类传感器量测物理量不 同、量测维数不 同等 难点 ，目前对 于异类传感 器信息融 合研究 的相关文献 很 少 。其 中Ｃａｒｌｏ Ｑｕａｒａｎｔａ提 出的雷达 和红外 融合算 法 ， 主要是将雷 达和红 外的量测信 息都转换 为笛卡 尔坐标 系下 的同维 信息 ，再 进行融合 ，但是最 大的缺 点是对于 雷达距离 量测进行 了复用 。Ｒ．Ｋ．Ｓａｈａ提 出的 ｏ【一 滤波 算 法 只是在 特定 的情况 下有 用 ，不 具有 普遍适 用性 。
１ 引 言 近年来 ，多传感器信息融合技术被广泛应 用于机 动
目标跟 踪中…，但是 ，相对 于单一类 型的传感 器而言 ，异 类传感器融合系统具有量测信息更丰富 、融合 系统更稳 定等优点 ，所以异类传感器信息融合可 以得到更准确 的 目标航迹信息 。例如 ，主动传感器 （如雷达 ）具有距离探 测精度高的优点 ，被动传感器 （如红外 ）具有方位探测精 度高 的优 点 ，通过对 两类传感 器的观测 数据进行 融合 ， 就 可以提 高其估计精度 ，改善对 目标的跟踪效果 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒｓ；ｔｒａｃｋ ｆｕｓｉｏｎ；Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｏｒ（ＬＭＭ ＳＥ）；ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ
摘 要 ：针对典型 的雷达和 红外异 类传感 器信 息融合 系统 ，提 出了一种新 的雷达和红外信 息融合 算法。对雷达和 红 外传 感数 据进 行 了预 处 理 ，分 别 滤波得 到各 自的局 部航 迹 ，基 于线性 最 小均 方误 差准 则 （Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ，ＬＭＭＳＥ）对局部航迹 进行 融合 以得 到最终航 迹。仿真 结果表 明：该算 法可 以对 雷达和红外传 感 器进 行有效融合并大幅提 高航迹跟踪精度 。 关键词 ：异类传感器；航迹 融合 ；线性最 小均方误差 ；目标跟踪 文献标志码 ：Ａ 中图分类号 ：ＴＰ２７４ ｄｏｉ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—８３３１．１４０３．０４５４
２ 雷达和红外组合描述
为 方便起 见 ，设 雷达 为传感 器 １，红 外为 传感 器 ２。 假定雷达和红 外同地 配置 、同步采样 。
由于采用 分布式 融合算 法 ，所 以对 于雷达和 红外 ， 分别对 目标建立动态模型 ：
（．ｊ｝＋１）＝ （ｋ）Ｘ （ ）＋ （．ｊ｝），ｉ＝１，２；ｋ＝０，１… （１） 其 中 ， （七）为状态 向量 ， （ ）为状 态转移 矩阵 ， （ ） 为过程 噪声。当 ｉ＝１时对应雷达 目标模型 ；当 ｉ＝２时对
任 桂和 等提 出的基 于改进 的扩 展卡 尔曼滤 波算 法ｎ 主 要 适用于 非机动 目标 ，而 对于机 动 目标 ，运 动模型选 择 的准确性对算 法性 能影响较大 。
针对 雷达 和红外这种不 同状 态空问的量测 ，本文 给 出了基于 ＬＭＭＳＥ的分布式异 类融合算法 ，最终得到 了 融合后 的 目标航迹估 计。
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｌｉｑｉ，Ｈ Ｏ Ｕ Ｙａｎｐｅｎｇ．Ｎ ｅｗ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｆ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ．Ｃｏｍ ｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１６，５２（６）：１０７—１１０．
Ａ ｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒｓ ｆｕｓｉｏｎ，ｒａｄａｒ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｆｕ ｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ，ｔｈｅ ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｆｕｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒａｄａｒ ａｎｄ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｄａｔａ ｉｓ ｐｒｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄ，ａｎｄ ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ｔｒａｃｋｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｔ ｆｕｓｅｓ
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ计 算机 工程 与应 用
一 种 新 的异 类传 感 器 信 息 融 合 算 法
王 立琦 ，侯 彦 鹏
Ｗ ＡＮ Ｇ Ｌｉｑｉ，ＨＯＵ Ｙａｎｐｅｎｇ
西安 交通大学 电子与信息工程学院 ，西安 ７ １ ００４９
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７ １ ００４９，Ｃｈｉｎａ
应红外 目标模型 。假定 ）为零 均值高斯 白噪声 ，即
基金项 目：国家 自然科学基金 （Ｎｏ．６１００４０８７，Ｎｏ．９１０１６０２０，Ｎｏ．６１）。 作 者简 介：王立琦 （１９６ｌ一 ），男 ，博 士 ，副教 授 ，研究领域为系统辨识 、信息融合 ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｑｗａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｘｊｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ；侯 彦鹏 （１９９Ｏ一 ）
ｔｏ ｇｅｔ ｔｈｅ ｇｌｏｂａｌ ｔｒａｃｋ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ（ＬＭＭ ＳＥ）．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ
ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｆｕ ｓｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ．
由于异类传感器量测物理量不 同、量测维数不 同等 难点 ，目前对 于异类传感 器信息融 合研究 的相关文献 很 少 。其 中Ｃａｒｌｏ Ｑｕａｒａｎｔａ提 出的雷达 和红外 融合算 法 ， 主要是将雷 达和红 外的量测信 息都转换 为笛卡 尔坐标 系下 的同维 信息 ，再 进行融合 ，但是最 大的缺 点是对于 雷达距离 量测进行 了复用 。Ｒ．Ｋ．Ｓａｈａ提 出的 ｏ【一 滤波 算 法 只是在 特定 的情况 下有 用 ，不 具有 普遍适 用性 。
１ 引 言 近年来 ，多传感器信息融合技术被广泛应 用于机 动
目标跟 踪中…，但是 ，相对 于单一类 型的传感 器而言 ，异 类传感器融合系统具有量测信息更丰富 、融合 系统更稳 定等优点 ，所以异类传感器信息融合可 以得到更准确 的 目标航迹信息 。例如 ，主动传感器 （如雷达 ）具有距离探 测精度高的优点 ，被动传感器 （如红外 ）具有方位探测精 度高 的优 点 ，通过对 两类传感 器的观测 数据进行 融合 ， 就 可以提 高其估计精度 ，改善对 目标的跟踪效果 。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ ｓｅｎｓｏｒｓ；ｔｒａｃｋ ｆｕｓｉｏｎ；Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｏｒ（ＬＭＭ ＳＥ）；ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ
摘 要 ：针对典型 的雷达和 红外异 类传感 器信 息融合 系统 ，提 出了一种新 的雷达和红外信 息融合 算法。对雷达和 红 外传 感数 据进 行 了预 处 理 ，分 别 滤波得 到各 自的局 部航 迹 ，基 于线性 最 小均 方误 差准 则 （Ｌｉｎｅａｒ Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ Ｅｒｒｏｒ，ＬＭＭＳＥ）对局部航迹 进行 融合 以得 到最终航 迹。仿真 结果表 明：该算 法可 以对 雷达和红外传 感 器进 行有效融合并大幅提 高航迹跟踪精度 。 关键词 ：异类传感器；航迹 融合 ；线性最 小均方误差 ；目标跟踪 文献标志码 ：Ａ 中图分类号 ：ＴＰ２７４ ｄｏｉ：１０．３７７８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２—８３３１．１４０３．０４５４