多源融合導航系統(tǒng)覆蓋性評估

　　摘要：本文提出了一種多源融合導航系統(tǒng)的覆蓋性的評估指標評估方法，通過建立基于模糊綜合評判法的性能評估體系，對多源融合導航系統(tǒng)進行多事件驅(qū)動，輸出不同事件的定位精度，綜合評定多源融合導航的覆蓋性能。

　　關(guān)鍵詞：性能評估，覆蓋性，模糊綜合評判，多源融合導航

　　引言

　　多源融合導航系統(tǒng)通過多種定位源之間的數(shù)據(jù)融合，優(yōu)缺點互補，可以實現(xiàn)更高精度的導航，然而目前的多源融合導航的研究還存在一個突出的問題：多源融合導航系統(tǒng)種類繁多，卻缺乏一個科學的評估方法，用于評判導航系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。目前，現(xiàn)有的性能評估方法主要基于多源融合導航系統(tǒng)的精度評價連續(xù)性、可靠性等大眾性能指標，而非特意針對多源融合導航系統(tǒng)的特有性能評估，比如，文獻[1]綜合評估定位精度、可用性、連續(xù)性等指標，文獻[2]將算法品質(zhì)性能歸結(jié)為準確性、實時性、穩(wěn)定性及可靠性。

　　上述評估方法都是很好的相對全面的評估體系，卻不能精確性地、針對性地描述多源融合的特殊性能，無法體現(xiàn)多個定位源的融合是否成功，忽略了多源融合系統(tǒng)中非常重視的多源融合性能的要求，即覆蓋性。針對這一問題，本文將主要針對多源融合導航進行多事件驅(qū)動測試，分析在各種不同定位源融合時的定位精度，直觀地顯示某一多源融合導航系統(tǒng)的覆蓋性能。

　　1覆蓋性能指標

　　多源融合導航系統(tǒng)的性能評估方法就是利用科學的客觀的評估理論定量地描述系統(tǒng)的性能，給出不同系統(tǒng)間的比較，分析性能差異的原因，調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)，指導系統(tǒng)的優(yōu)化，而這其中分析性能指標是關(guān)鍵，它是性能評估的基礎(chǔ)。精度指標是任何一個導航系統(tǒng)必須確立的，在覆蓋性的研究中，本文將對定位精度進行測定，用來評價多事件驅(qū)動時覆蓋性的性能好壞。

　　1.1定位精度定位精度是指定位目標的真實位置與融合定位結(jié)果的吻合程度。對定位精度的評估一般采用統(tǒng)計概率的方式進行，即在固定周期內(nèi)，統(tǒng)計定位估計結(jié)果與真實位置吻合度不超過某一閾值的概率來表示定位系統(tǒng)的定位精度。根據(jù)真值的不同，可分為外符合精度和內(nèi)符合精度[1]。外符合精度是將定位估計結(jié)果與定位目標真實位置作比較;內(nèi)符合精度是先對所有定位結(jié)果做均值，統(tǒng)計定位結(jié)果與均值的偏離程度。本文將采用外符合精度。

　　1.2濾波精度

　　多源融合導航系統(tǒng)[2]通常是基于卡爾曼濾波技術(shù)實現(xiàn)的，主要分為常規(guī)卡爾曼濾波、擴展卡爾曼濾波、魯棒濾波算法等。然而這些濾波從算法實現(xiàn)上來講均是基于標準卡爾曼濾波的，因此研究中主要針對濾波算法進行評估技術(shù)的研究，本文以濾波精度表征定位精度，為狀態(tài)估計的均方差誤差。濾波精度是指濾波狀態(tài)與真實狀態(tài)之間的差，也可視為狀態(tài)變量的估計誤差，濾波算法中可以采用狀態(tài)估計的均方差來衡量。

　　2覆蓋性評估

　　多源融合導航算法多事件驅(qū)動覆蓋性研究，是導航算法完整性和有效性重要度量。覆蓋性評估的關(guān)鍵問題有兩個：一是多事件驅(qū)動控制的事件的設(shè)計問題;二是建立覆蓋性的綜合評判。綜上，覆蓋性的評估過程就是對算法的輸入進行外部環(huán)境信息、傳感器插拔、載體運動信息等多事件組合激勵測試，然后對算法在不同激勵下的輸出數(shù)據(jù)進行精度評估。

　　2.1多事件設(shè)計評價某一多源融合導航的覆蓋性，首先要明確系統(tǒng)包含多少種定位源，能夠衍生多少個事件。所謂事件，也定義為事件驅(qū)動條件，在多源融合導航系統(tǒng)中一般將其歸納為與系統(tǒng)狀態(tài)、測量輸出相關(guān)的函數(shù)表達式。根據(jù)系統(tǒng)的實際狀況，設(shè)計不同的事件，就可以測試在不同事件驅(qū)動系統(tǒng)時，系統(tǒng)是否還能滿足系統(tǒng)定位精度的要求。

　　2.2基于模糊綜合評判法的覆蓋性評估方法從一定意義上講，設(shè)計越多的事件，對多源融合導航系統(tǒng)的覆蓋性考核越全面，但隨之帶來一個比較突出的問題，即不同事件所確定的精度指標對系統(tǒng)覆蓋性性能的表征貢獻有多大，如何根據(jù)這些事件的精度指標綜合評價一個算法的覆蓋性性能，比較判斷不同的系統(tǒng)優(yōu)劣程度。

　　2.2.2評判矩陣建立各指標的相對于評判等級的評判矩陣，確定各指標對評判集因素的隸屬度，通常有兩種方法：一是隸屬度函數(shù)法，即選取合適的隸屬度函數(shù)，將指標值代入函數(shù)模型獲取相應的隸屬度，此方法適合于定量型指標;二是專家評價法，即經(jīng)多位專家直接評價，再進行加權(quán)平均，此種方法適用于定性型指標。

　　3仿真實驗前面的研究中已經(jīng)建立了對多源融合導航系統(tǒng)進行覆蓋性評價的性能指標體系[6]及相應的定量計算公式，并提出了評判方法及具體步驟，本節(jié)中將應用所提出的方法對某一多源融合導航系統(tǒng)覆蓋性進行評估。

　　4結(jié)論

　　本文提出了一種多源融合導航系統(tǒng)的覆蓋性的評估指標評估方法，并且通過舉例仿真試驗，驗證了該評估方法的有效性。采用本文提出的性能評價方法能夠得出系統(tǒng)的覆蓋性評價值，發(fā)現(xiàn)多源融合系統(tǒng)的問題，通過反饋幫助設(shè)計人員優(yōu)化系統(tǒng)，在存在多個融合導航系統(tǒng)的情況下，也可用于對各系統(tǒng)進行比較以便做出選擇。

　　參考文獻

　　[1]趙萬龍孟維曉韓帥多源融合導航技術(shù)綜述[J].遙測遙控,2016(06)

　　[2]一種組合導航信息融合算法品質(zhì)評估方法[J]趙欣王躍鋼王仕成張金生楊述華中國慣性技術(shù)學報2012(02)

　　[3]秦永元，張洪鉞，汪叔華著.卡爾曼濾波與組合導航原理[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，2007：128129

　　[4]一種多傳感器信息融合系統(tǒng)性能評價方法[J].宋佳柯濤張恒艦船電子對抗,2020(06)

　　[5]李元鋒，李正生，王洋.基于模糊綜合評判的多指標匹配算法性能評估[J].光電工程，2010，37(8)：9297.

　　[6]GPS/INS組合導航算法性能評估平臺[J].王勝標王俊璞倪靜靜田蔚風金志華中國慣性技術(shù)學報,2007(02)

　　作者：程田莉王虹張雅琳陳靜

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