本發(fā)明涉及多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于隧道內(nèi)的多雷達(dá)時間同步處理方法。

背景技術(shù)：

為了保證隧道內(nèi)行駛車輛的安全，需要雷達(dá)對車輛進(jìn)行實時監(jiān)控，僅僅靠單部監(jiān)控雷達(dá)進(jìn)行探測獲取的當(dāng)前量測數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確性和可靠性很難保障，難以跟蹤多個車輛目標(biāo)，而依靠多個雷達(dá)協(xié)同合作，獲取多源探測數(shù)據(jù)，并利用多雷達(dá)信息融合技術(shù)，可以更準(zhǔn)確、更全面地獲得被測目標(biāo)的狀態(tài)信息。

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理中，要求各部雷達(dá)的數(shù)據(jù)必須是同一時刻對同一目標(biāo)的觀測數(shù)據(jù)，由于各部雷達(dá)所采用的時間坐標(biāo)系不同、數(shù)據(jù)率不統(tǒng)一且設(shè)備延遲不一致，若直接采用未經(jīng)校正的數(shù)據(jù)，會造成時間上的誤差，并對測距和測速數(shù)據(jù)造成嚴(yán)重的影響，因此在數(shù)據(jù)融合處理之前，需要對各部雷達(dá)的時鐘進(jìn)行時間同步，實時校正雷達(dá)情報數(shù)據(jù)的時間誤差，保證后續(xù)的多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合結(jié)果的正確性。

各部雷達(dá)之間的時間基準(zhǔn)不統(tǒng)一，對準(zhǔn)時間軸的方法主要是統(tǒng)一時基法和插值時基法。統(tǒng)一時基法是利用一個最理想的公共處理時間作為所有雷達(dá)共同的時間基準(zhǔn)，將各部雷達(dá)的時鐘都同步到基準(zhǔn)時鐘上，基準(zhǔn)時鐘可以采用GPS授時，時間同步的精度和授時的方式有關(guān)，這種方法需要另加衛(wèi)星導(dǎo)航接收設(shè)備，而隧道內(nèi)導(dǎo)航信號接收效果無法保證，且每部雷達(dá)的輸出要另加GPS時間標(biāo)記，時間延遲無法確定，由于隧道車距密，車輛多，時間誤差可能造成航跡關(guān)聯(lián)、航跡融合的失敗。插值時基法是構(gòu)造一個逼近函數(shù)將各部雷達(dá)輸出的觀測數(shù)據(jù)對準(zhǔn)到統(tǒng)一的時間軸上，這種方法需要構(gòu)造逼近函數(shù)，并且尋找一個理想的航跡數(shù)據(jù)來逼近。如果逼近航跡失效或逼近函數(shù)構(gòu)造不合理，將導(dǎo)致航跡關(guān)聯(lián)、融合失效的問題。

雷達(dá)時間同步過程作為多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的預(yù)處理，直接關(guān)系到融合數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，如果不能有效地同步各個雷達(dá)的基準(zhǔn)時鐘，將直接影響多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理的效果，從而無法可靠有效地跟蹤隧道內(nèi)的車輛，難以保證隧道車輛行車安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于隧道內(nèi)的多雷達(dá)時間同步處理方法，無需增加任何其他設(shè)備，能夠?qū)崟r完成各雷達(dá)之間的時間同步，降低了時間同步操作的復(fù)雜性，極大地提高了時間同步的效率，適合于各種體制的多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用。

本發(fā)明的用于隧道內(nèi)的多雷達(dá)時間同步處理方法，所述雷達(dá)對同一個目標(biāo)進(jìn)行觀測，獲得各自的航跡，針對任意兩個雷達(dá)的航跡p和航跡q，通過對航跡p和航跡q中各點跡的時間對齊，完成這兩個雷達(dá)的時間同步，具體包括如下步驟：

步驟一，尋找航跡p中需要對齊的第一個點跡X_n：在航跡p中找到與航跡q的第一個點跡Y₁距離最近的點跡，取該點跡的下一個點跡作為航跡p中需要進(jìn)行時間對齊的第一個點跡X_n；

步驟二，選擇航跡q中與第一個點跡可能對齊的候選點跡：在航跡q中選取與點跡X_n之間的距離落在設(shè)定的距離門限范圍內(nèi)的點跡作為與X_n可能對齊的候選點跡：如果距離門限內(nèi)不存在點跡，則不對點跡X_n進(jìn)行后續(xù)的對齊，選取點跡X_n的下一個點跡作為航跡p中需要對齊的第一個點跡X_n，重復(fù)步驟二；如果距離門限內(nèi)只存在一個點跡，則該點跡即為與點跡X_n對齊的點跡Y_a′，執(zhí)行步驟六；距離門限內(nèi)存在多個候選點跡，則執(zhí)行步驟三；

步驟三，獲得p中用于時間對齊的點跡：以航跡p的X_n為起點，連續(xù)選其后的b-1個點跡進(jìn)行航跡擬合，得到與原航跡一一對應(yīng)的b個擬合點跡，所述b個擬合點跡組成航跡p中用于時間對齊的點跡向量；其中，1≤b≤L，L為航跡p的點跡數(shù)量；

步驟四：獲取航跡q中用于時間對齊的點跡：

針對各候選點跡，根據(jù)步驟三中航跡p中各擬合點跡的時間差，分別以各候選點跡為起點，在航跡q中依次插值求得與擬合點跡的時間差對應(yīng)一致的b-1個點跡；候選點跡及其差值得到的b-1個點跡構(gòu)成該候選點跡對應(yīng)的航跡q中用于時間對齊的點跡向量；從而得到多組航跡q中用于時間對齊的點跡向量；

步驟五：獲取航跡q中與X_n對齊的點跡：針對各候選點跡，計算該候選點跡對應(yīng)的航跡q中用于時間對齊的點跡向量與步驟三獲得的航跡p中用于時間對齊的點跡向量中相對應(yīng)的兩個點跡之間的一次差的標(biāo)準(zhǔn)差；選取最小標(biāo)準(zhǔn)差對應(yīng)的候選點跡作為航跡q中與航跡p的點跡X_n對齊的點跡Y_a′，執(zhí)行步驟六；

步驟六：根據(jù)點跡Y_a′與點跡X_n的時間差，完成兩個雷達(dá)在點跡X_n處的時間同步；

步驟七：按照步驟一至步驟六的方法，尋找航跡p中下一個需要對齊的點跡，并進(jìn)行時間同步計算，直到航跡p中無需要對齊的點跡。

進(jìn)一步地，所述距離門限ThrR根據(jù)下式確定：

其中，R_min為航跡q中點跡與X_n的最短距離，V為目標(biāo)的速度，T_q為航跡q的采樣周期，表示為對齊范圍內(nèi)航跡q的點跡數(shù)，表示向下取整。

進(jìn)一步地，所述步驟二中，所述候選點跡從與X_n距離最近的點跡Y_k及其前后各2N個點跡中選出；或者從航跡q的所有點跡中選出。

進(jìn)一步地，所述步驟三中，采用三次B樣條曲線擬合法對(X_n,X_n+1,...,X_n+b-1)進(jìn)行航跡擬合。

進(jìn)一步地，所述步驟五中，獲得Y_a′后，先進(jìn)行判斷：如果0.5T_q大于設(shè)定的同步精度，則執(zhí)行步驟六，其中，T_q為航跡q的采樣周期；否則，選取候選點跡前后的兩個點跡，并線性插值出中間點跡，構(gòu)成第一層插值向量，然后按照步驟二至步驟五的方法，從第一層插值向量里重新篩選出與航跡p的X_n對齊的點跡Y_a′，如果Y_a′仍然不滿足同步精度要求，那么以Y_a′構(gòu)造新的插值向量，選取Y_a′前后的兩點跡，并線性插值出中間點跡形成新的插值向量，重復(fù)上述步驟，直到找到滿足同步精度要求的點跡，執(zhí)行步驟六。

有益效果：

本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有方法需要構(gòu)造逼近函數(shù)難度大或增加導(dǎo)航設(shè)備成本高以及需要添加GPS時間標(biāo)記的缺點，具有實時校準(zhǔn)，且可以任意提高精度，便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)隧道內(nèi)多雷達(dá)的時間同步處理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的確立時間對齊的第一個點流程圖。

圖2為本發(fā)明的候選時間對齊點獲取示意圖。

圖3為本發(fā)明的B樣條曲線擬合的示意圖。

圖4為本發(fā)明的擬合點計算示意圖。

圖5為本發(fā)明的計算航跡q中用于時間對齊的點示意圖。

圖6為本發(fā)明的插值向量構(gòu)造示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供了一種用于隧道內(nèi)的多雷達(dá)時間同步處理方法，通過來自多部雷達(dá)測得的同一目標(biāo)的航跡，找到時間對齊的點，通過計算并校準(zhǔn)航跡之間的時間誤差，完成各個雷達(dá)的時間同步。

定義：假設(shè)航跡p和航跡q分別為兩部雷達(dá)測得的關(guān)于同一個目標(biāo)的航跡，航跡p內(nèi)有L個點跡，分別為(X₁，X₂，…，X_L)，航跡q內(nèi)有M個點跡，分別為(Y₁，Y₂，…，Y_M)。一次時間同步操作將完成航跡p和航跡q里所有點跡的時間對齊。如果遍歷所有雷達(dá)的所有航跡，即可校準(zhǔn)各個雷達(dá)之間的時間誤差。

步驟一：尋找航跡p中需要進(jìn)行時間對齊的第一個點X_n

流程如圖1所示，航跡q的第一個點為Y₁，遍歷航跡p內(nèi)的所有點跡(X₁，X₂，…，X_L)，在航跡p中找到與Y₁距離最近的點，取它的下一個點作為航跡p中需要進(jìn)行時間對齊的第一個點X_n。

時間同步算法的目的就是從航跡q的(Y₁，Y₂，…，Y_M)里找到與X_n對齊的點Y_m。

步驟二：選擇航跡q中與X_n可能對齊的候選點

已知航跡p需要進(jìn)行時間對齊操作的點為X_n，設(shè)定距離門限ThrR，在航跡q中選取與X_n之間的距離落在門限ThrR范圍內(nèi)的點跡作為與X_n可能對齊的候選點，如Y_a(其中a＝s,s+1,...s+t-1，共t個候選點)，后續(xù)步驟將從這些點中篩選出與X_n對齊的點。

具體的，所述距離門限ThrR可由如下方法確定：

R_min為航跡q中點跡與X_n的最短距離，V為目標(biāo)車輛的速度，T_q為航跡q的采樣點周期，T_p為航跡p的采樣點周期，為對齊范圍內(nèi)航跡q的點跡數(shù)，表示向下取整；則距離門限ThrR的計算公式如式(1)所示。

如圖2所示，選取X_n作為航跡p需要進(jìn)行時間對齊操作的點，設(shè)定距離門限為ThrR，如果是實時處理，則選取與X_n距離最近的點跡Y_k，取點跡Y_k前后若干個點跡，一般前后各2N個，如(Y_k-2N+1,Y_k-1,Y_k,Y_k+1...Y_k+2N-1)，共4N個點跡，遍歷這些點，選取與X_n之間的歐式距離落在門限ThrR范圍內(nèi)的全部點跡作為候選點(Y_s,Y_s+1,Y_s+2,Y_s+3...Y_s+t-1)，共t個，后續(xù)步驟將從這些點中篩選出與X_n對齊的點。如果是事后處理，則遍歷航跡q的所有點跡，選取落在門限ThrR內(nèi)的點，這種方法數(shù)據(jù)量大，但是更為準(zhǔn)確。

步驟三：航跡擬合獲得p中用于時間對齊的點

為了減小雷達(dá)的測量誤差對時間對齊操作的影響，可以對雷達(dá)的航跡進(jìn)行擬合。以步驟二中的航跡p的X_n作為起點，連續(xù)選其后的b-1(1≤b≤L)個點即(X_n,X_n+1,...,X_n+b-1)，對這些點進(jìn)行航跡擬合，擬合出與原航跡一一對應(yīng)的b個擬合點(X_n^·,X_n+1^·,...,X_n+b-1^·)，這些擬合點即為航跡p中用于時間對齊的點。

可以采用三次B樣條曲線擬合對這些點進(jìn)行航跡擬合。三次B樣條曲線擬合的基本原理如下：如圖3所示，三次B樣條曲線，每四個點將擬合出一段曲線，如(X_n,X_n+1,X_n+2,X_n+3)擬合出線段X_n+1^·X_n+2^·，X_n+1^·即為X_n+1的擬合點，X_n+2^·即為X_n+2的擬合點。B樣條曲線擬合的算法已經(jīng)非常成熟，因此不再詳細(xì)贅述，這里只介紹擬合點的計算方法。

如圖4所示，從端點位置的公式中，可以通過幾何方法來確定始末點。起始點：取X_n和X_n+2的中點A，連接X_n+1A，在X_n+1A線段上，取靠近X_n+1處的處，即為起點。末點：步驟同起點。

步驟四：獲取航跡q中用于時間對齊的點

完成步驟三的航跡擬合操作之后，遍歷步驟二里航跡q的每個候選點Y_a，以Y_a作為起點，依次求得b個與航跡p擬合點(X_n^·,X_n+1^·,...,X_n+b-1^·)時間相對應(yīng)的點，即(Y_a,Y_a+1,...,Y_a+b-1)，這些點即為航跡q中用于時間對齊的點。

具體包括如下子步驟：

步驟4.1，完成步驟三的航跡擬合操作之后，遍歷航跡q中每一個候選點Y_a(其中a＝s,s+1,...s+t-1，共t個候選點)。

步驟4.2，如圖5所示，已知Y_a的時刻和位置以及航跡p各個擬合點的時間和位置，以Y_a作為起點，依次求得b-1個與擬合點相對應(yīng)的點，構(gòu)成航跡q中用于時間對齊的向量(Y_a,Y_a+1,...,Y_a+b-1)。計算方法為某點的時間等于它上一個點的時間加上相鄰擬合點的時間差。具體計算公式如下式所示，設(shè)T(·)表示某點的時間，則b-1個用于時間對齊的點的表達(dá)式為

步驟4.3，根據(jù)步驟4.2求得的每點的時刻，如果該時刻落在航跡q的兩點之間，則線性插值出該點的位置。插值的計算公式如下，其中Y_t，Y_t+1為端點的位置，Y_a+m為插值點的位置，T(Y_t)，T(Y_t+1)，T(Y_a+m)為各點的時刻。

T(Y_t)＜T(Y_a+m)＜T(Y_t+1)

步驟五：獲取航跡q中與X_n對齊的點

經(jīng)過步驟三和步驟四，得到了t組用于時間對齊的航跡p和航跡q的點，分別是(X_n^·,X_n+1^·,...,X_n+b-1^·)和(Y_a,Y_a+1,...,Y_a+b-1)(其中a＝s,s+1,...s+t-1)，對每一個Y_a，分別統(tǒng)計(X_n^·,X_n+1^·,...,X_n+b-1^·)和(Y_a,Y_a+1,...,Y_a+b-1)對應(yīng)的兩點之間一次差的標(biāo)準(zhǔn)差v_a。獲取了t組一次差的標(biāo)準(zhǔn)差之后，比較各組的v_a，選取v_amin對應(yīng)的Y_a作為航跡q與航跡p的X_n對齊的點。

具體的，一組用于時間對齊的航跡p和航跡q的點，分別為{X_c^·}c＝n,n+1...,n+b-1和{Y_c}c＝a,a+1...,a+b-1，利用公式(5)計算求得X_c^·數(shù)據(jù)與Y_c數(shù)據(jù)位置一次差的標(biāo)準(zhǔn)差v_a：

開始循環(huán)，重復(fù)步驟四，遍歷航跡q中每一個候選點Y_a(a＝s,s+1,...s+t-1)，并計算一次差的標(biāo)準(zhǔn)差v_a，獲取了t組一次差的標(biāo)準(zhǔn)差之后，比較各組的v_a，選取v_amin的航跡q的候選點作為Y_a與航跡p的X_n對齊的點。

至此，完成時間對齊的操作，當(dāng)前時間對齊的精度為0.5T_q，如果精度滿足要求，則無需進(jìn)行步驟六，Y_a即為航跡q中與航跡p的X_n對齊的點；或者采用步驟六提高時間對齊精度。

步驟六：提高時間對齊的精度

如果時間對齊的精度不滿足要求，則需要提高精度，可以采用插值的方法來實現(xiàn)，選取Y_a前后的兩點，即(Y_a-1,Y_a,Y_a+1)，并線性插值出中點，構(gòu)成第一層插值向量(Y_a-1,Y_(a-1,a),Y_a,Y_(a,a+1),Y_a+1)，重復(fù)步驟一至步驟五，從(Y_a-1,Y_(a-1,a),Y_a,Y_(a,a+1),Y_a+1)里重新篩選出與航跡p的X_n對齊的點，假設(shè)為Y_b，如果仍然不滿足時間對齊的精度要求，那么以Y_b構(gòu)造新的插值向量，選取Y_b前后的兩點，并線性插值出中點形成新的插值向量，重復(fù)上述步驟，直到找到滿足時間精度要求的點。

具體做法如下：

步驟6.1，經(jīng)過步驟五，已經(jīng)獲得了與X_n對齊的點Y_a，取Y_a的前后兩個點，構(gòu)成第一層插值向量，即[Y_a-1,Y_a,Y_a+1]，取[Y_a-1,Y_a,Y_a+1]為[A₁,A₂,A₃]，插值向量即為與X_n時間對齊的候選點。

步驟6.2，假設(shè)已經(jīng)獲得第K層插值向量，并且此插值向量不滿足時間精度要求，則依據(jù)線性插值的方法構(gòu)造第K+1層向量，如圖6所示。

構(gòu)造的方法如下：

構(gòu)造出新的待評估的插值向量[a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]，其中a₁＝A₁,a₃＝A₂,a₅＝A₃，利用[a₁,a₂,a₃,a₄,a₅]，按照步驟四、步驟五時間對齊基本原理的方法進(jìn)行評估，得到評估向量[v₁,v₂,v₃,v₄,v₅]。其中最小的v_min＝v_i。取第i個點前后兩點，構(gòu)造第K+1層插值向量[A₁,A₂,A₃]，即為[a_i-1,a_i,a_i+1]。

步驟6.3，判斷新的插值向量是否滿足時間精度要求，若不滿足，則重復(fù)上述步驟；若滿足，則A₂即為插值與X_n對齊的航跡q的點跡。

步驟七：更新航跡p中下一個需要進(jìn)行時間對齊的點

由于雷達(dá)之間的時間誤差包含隨機誤差，因此它們的時間誤差是不固定的，需要每個點都進(jìn)行時間對齊，實時地校準(zhǔn)雷達(dá)之間的時間誤差，方法如下。

從X_n開始，下一個需要對齊的點為X_n+1，如果X_n+1在航跡q中找不到候選點與之可能對齊，即距離門限ThrR內(nèi)不存在點跡，則跳過X_n+1，選取它之后的點進(jìn)行對齊操作，以此類推，直到找到航跡q中存在候選點與之對齊的點X_n，該X_n即為航跡p中下一個需要進(jìn)行時間對齊的點，然后重復(fù)步驟一至步驟七，即可完成航跡p和航跡q里所有的點跡的時間對齊，且可以任意提高時間對齊的精度。

通過上述步驟，可以找到航跡p與航跡q時間對齊的點，通過計算每對對齊的點之間的時間誤差，即確定為航跡p與航跡q的實時時間誤差。以其中一部雷達(dá)的時間為標(biāo)準(zhǔn)時間，依次校準(zhǔn)其他雷達(dá)的所有航跡的時間誤差，即完成了這些雷達(dá)之間的時間同步。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。