[发明专利]具有未知量测零偏的双红外传感器的融合定位方法

摘要

本发明提供一种具有未知量测零偏的双红外传感器的融合定位方法，首先将红外传感器的角度量测转换为传感器指向目标的单位矢量的估计值，并给出原始量测误差到该矢量估计误差的传导公式；接着基于上一步得到的两个矢量信息估计两个传感器与目标的距离信息，并给出原始量测误差到距离估计误差的传导公式；然后根据上述两组矢量与距离信息，提取两组目标位置的估计值，并分析了位置信息的误差组成以及对应的位置估计精度的计算公式；最后基于上一步的误差分析设计新型的权重优化指标，并融合得到最终的位置信息与误差评估值。

主权项

1.一种具有随机量测噪声的双红外传感器的融合定位方法，其特征在于：红外传感器的量测模型如下：其中Y^(j)为第j个红外传感器的量测数据，包括第j个红外传感器到目标p的方位角量测和高低角量测是第j个红外传感器到目标p的位置矢量在第j个红外传感器的观测坐标系下的表示，为Y^(j)的未知量测零偏，为的量测零偏，为的量测零偏，并且和上界分别为和函数其中和分别表示在x轴,y轴和z轴上的投影；选择一个世界坐标系，用以描述目标和传感器的位置，并记世界坐标系到第j个红外传感器的观测坐标系的变换矩阵为则有其中表示目标p的位置矢量在世界坐标系下的表示，为第j个红外传感器的位置矢量在世界坐标系下的表示；双红外传感器的融合定位问题需要基于红外传感器量测模型(1)‑(3),将红外传感器量测数据{Y⁽¹⁾,Y⁽²⁾}转换为目标在世界坐标系下的位置估计信息并且获得对应的估计误差评估值具体步骤如下：第一步：原始角度量测零偏与直角坐标系等价量测零偏的关系建立首先根据红外量测模型(1)‑(3)得到u^(j)的估计值，即的计算公式：其中u^(j)为第j个红外传感器指向目标p的单位矢量在世界坐标系下的表示，为直角坐标系等价未知量测零偏；与原始量测零偏之间的关系满足如下误差传导公式：其中为在处的雅克比矩阵，计算公式为：第二步：红外传感器与目标距离的估计方法以及估计误差形式由于红外传感器的量测数据中缺少传感器与目标的距离信息，从而无法利用单个红外传感器提取目标的位置信息，故而需要根据两个红外传感器的组合量测信息提取每个传感器与目标的距离信息，并分析由未知量测零偏导致的距离估计误差；根据最小二乘方法得到的估计值，即的计算公式为：其中为第j个红外传感器到目标的距离r^(j)的估计值，为相应的估计误差，与原始量测零偏之间的关系满足如下误差传导公式：其中误差传导矩阵满足：第三步：目标位置矢量的虚拟传感器量测及量测误差的形式根据第一步提供的第j个红外传感器到目标p的指向信息和第二步提供的第j个红外传感器到目标的距离信息以及红外传感器的位置信息得到第j个虚拟传感器关于位置矢量的量测的计算公式为：其中为对的估计误差；与B_Y之间的关系满足如下误差传导公式：其中表示的第j行；记则进一步，根据误差估计式(13)得到量测误差的评估公式为：其中为的第3(j‑1)行到第3j行构成的矩阵，第四步：具有相同误差源的两组虚拟量测的融合方法及融合精度计算对于第三步构造虚拟传感器，设计如下加权融合公式：其中W＝diag([W₁ W₂ W₃])为待优化的权重；结合式(13)和式(15)得到的融合误差满足传导公式：权重W的第s个分量W_s根据本发明设计的如下优化问题得到：即W为使每个分量可能的最大值最小的权重，其中B_t与Δ_t分别表示B_Y与Δ的第t个分量，表示实数集，表示矩阵第s行第t列的元素；针对优化问题(17)得到W_s的计算公式为：其中相应地，根据误差传导公式(16)得到融合误差的评估公式为：其中表示的每个分量都小于的每个分量；由式(15)、(18)、(20)确定的融合方法具有如下两个重要性质：性质1：该方法在权重优化指标(17)的意义下是最优的；性质2：式(20)提供了融合精度的评估指标；由式(15)、(18)、(20)确定的融合方法将原优化问题(17)转化为单个优化问题(18)解决了和之间具有相同误差源的问题，并通过分析待优化目标函数的性质，得到了对应优化问题的最优解，实现了传感器信息的最优融合。