多傳感器數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)自測方法研究?

裘海蓉

(信息系統(tǒng)工程重點實驗室,江蘇南京 210007）

0 引 言

數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用,保障著測試對象(如指揮系統(tǒng)、武器系統(tǒng)等)的安全性和有效性[1-2].數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)集成了包括測試數(shù)據(jù)源、測試數(shù)據(jù)采集和測試數(shù)據(jù)處理等多種設(shè)備,通過對各類數(shù)據(jù)模擬器設(shè)置指定的探測參數(shù),進(jìn)而對被測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的融合效果進(jìn)行測試.這是一個動態(tài)測試的過程,在這個過程中,各測試數(shù)據(jù)源是否準(zhǔn)確地按照指定的探測參數(shù)進(jìn)行模擬,以及動態(tài)測試誤差的大小,直接決定了被測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性.因此測試被測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)前,必須對測試系統(tǒng)各設(shè)備進(jìn)行自測,保證測試系統(tǒng)各設(shè)備工作正常,否則將無法保證測試系統(tǒng)的量值精度.按照國家對測試系統(tǒng)的要求,引入先進(jìn)的管理思想,進(jìn)行測試系統(tǒng)的量值狀態(tài)管理,科學(xué)設(shè)定校準(zhǔn)門限,并且在每次測試前實施自測過程控制,自動報警、提示需要檢查的設(shè)備,是減少測試系統(tǒng)的自身誤差幾率,提高測試保障效率的有效途徑.

測試系統(tǒng)的自測保障是以系統(tǒng)的量值狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ),進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)趨勢的分析和預(yù)測,根據(jù)系統(tǒng)量值的結(jié)果進(jìn)行決策,對測試系統(tǒng)進(jìn)行有效保障.

1 測試系統(tǒng)自測體系

1.1 測試系統(tǒng)自測方法

通常測試系統(tǒng)的自測方法分為離位自測和原位自測兩種.離位自測是把測試系統(tǒng)看作獨立測試儀器的組合,自測工作被分解為針對每個儀器的單獨自測過程.原位自測則將測試系統(tǒng)作為一個具有測試功能的整體單元,定義統(tǒng)一的自測流程,被檢測的參數(shù)特性是被測設(shè)備測試所需要的,或是自測過程中必需的特性.原位自測克服了離位自測的許多缺點,滿足了測試系統(tǒng)整體自測的要求.數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)進(jìn)行自測時,采用原位自測方法.

1.2 測試系統(tǒng)自測體系規(guī)劃

測試系統(tǒng)自測體系如圖1所示.測試單位依據(jù)測試要求配備自測參考標(biāo)準(zhǔn),同時,在系統(tǒng)內(nèi)部配備參考標(biāo)準(zhǔn)的核查標(biāo)準(zhǔn),實施自測過程控制.如果系統(tǒng)內(nèi)部核查標(biāo)準(zhǔn)量值穩(wěn)定,則確認(rèn)系統(tǒng)自測通過.

圖1 數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)自測體系Fig.1 Auto-testing system atic frame of the data fusion evaluation system

2 測試系統(tǒng)自測過程控制

2.1 自測過程控制方法

自測過程定義為一組相互關(guān)聯(lián)的,與實施測量有關(guān)的資源、活動和影響量.資源包括測試人員、測量設(shè)備、測量程序、測量方法等.影響量是指由環(huán)境條件引起的對自測結(jié)果有影響的各種因素.自測過程控制對核查標(biāo)準(zhǔn)的響應(yīng)完全類似于對被測對象的響應(yīng),通過核查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,可以判斷整個測量期間的測量過程表現(xiàn),達(dá)到測試目的.

測試系統(tǒng)內(nèi)部具備各精度等級的工作標(biāo)準(zhǔn)(參考標(biāo)準(zhǔn)),同時依據(jù)測試要求配備核查標(biāo)準(zhǔn),將工作標(biāo)準(zhǔn)與核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行核查比對,生成量值核查樣本,建立核查數(shù)據(jù)庫,對核查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,分析其是否受控,從而判斷系統(tǒng)是否穩(wěn)定.通過測試前的核查可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)量值的變化,使之保持在規(guī)定的誤差要求范圍之內(nèi),是其具備對被測系統(tǒng)進(jìn)行測評的條件.

2.2 自測過程控制的統(tǒng)計方法

測試系統(tǒng)的自測過程是一個動態(tài)測試過程,也就是被測量為變量的連續(xù)測量過程[3],在這個動態(tài)測試過程中必然形成動態(tài)測試誤差,該誤差是動態(tài)測試結(jié)果減去被測變量的真值.由于引起動態(tài)測試誤差的因素要考慮變量的變化規(guī)律及特定、測試系統(tǒng)的動態(tài)特性以及干擾的影響,因此動態(tài)測試誤差是隨著測試時間變化的函數(shù),其性能指標(biāo)可用峰值誤差和均方誤差來表示[4].

自測過程控制的統(tǒng)計方法可采用控制圖的方法.主要監(jiān)控自測過程中的均值、標(biāo)準(zhǔn)差或極差的變化趨勢,從而監(jiān)控量值漂移,其中控制圖方法應(yīng)用最廣.

假設(shè)有一組數(shù)值 x1,x2,x3,…,xi,i=1,2,…,N,其均值為

控制圖是對過程統(tǒng)計受控狀態(tài)的一種識別、檢測和預(yù)測的工具,用來描述過程輸出控制質(zhì)量波動狀況控制圖的種類很多,按照用途,可分為分析用控制圖與控制用控制圖;按照監(jiān)控的數(shù)據(jù)類型,可分為計量值控制圖和計數(shù)值控制圖.針對數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)測量參數(shù),推薦使用平均值控制圖和極差控制圖,也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖代替極差控制圖.

3 應(yīng)用實例

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)的自測環(huán)境由測試系統(tǒng)以及仿真劇情二部分組成,如圖2所示,通過自測即能完成系統(tǒng)的自測任務(wù).

測試系統(tǒng)包括測試數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和測試評估服務(wù)器,通過對各探測信源的測試,提供各探測信源的自測結(jié)果.仿真劇情提供環(huán)境需要的劇情和仿真信源.包括劇情模擬器、標(biāo)準(zhǔn)信源模擬器、對空雷達(dá)模擬器1、對空雷達(dá)模擬器2、對空雷達(dá)模擬器3、對空雷達(dá)模擬器4.

自測想定中,設(shè)定 4部對空雷達(dá),站號分別為101站、102站、103站和104站,共探測空中目標(biāo)10批,飛行時間為12m in 18 s.自測數(shù)據(jù)根據(jù)探測源設(shè)置分為無誤差和指定探測源誤差兩類,具體結(jié)果為:①設(shè)置探測源無誤差時,對4部空雷達(dá)進(jìn)行自測,得到對空雷達(dá)自測結(jié)果如表1所示.其中,對空雷達(dá)橫向偏差均方根差如圖3所示.②對各探測源設(shè)置如表2所示的指定探測源誤差.

圖2 數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)自測環(huán)境Fig.2 Auto-testing environmen t of the data fusion evaluation system

圖3 對空雷達(dá)橫向偏差均方根誤差柱狀圖(無誤差)Fig.3 H istogram o f antiaircraft radars'transversewarp m ean square error(non-error)

圖4 對空雷達(dá)橫向偏差均方根誤差柱狀圖(指定誤差)Fig.4 Histogram of an tiaircraft radars'transversewarp m ean square error(appointed error)

表1 對空雷達(dá)自測結(jié)果(無誤差)Tab.1 Antiaircraft radars'au to-testing results(non-error)

表2 對空雷達(dá)基本參數(shù)表(指定誤差)Tab.2 Antiaircraft radars'main param eters(appoin ted error)

對4部對空雷達(dá)進(jìn)行自測,得到對空雷達(dá)自測結(jié)果如表3所示.其中,對空雷達(dá)橫向偏差均方根差如圖4所示.由以上兩組數(shù)據(jù)可以看出,自測數(shù)據(jù)與模擬器設(shè)定誤差基本一致,提供的動態(tài)測試誤差也基本滿足動態(tài)測試的要求,證明該平臺具備對被測數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)進(jìn)行測試的能力.

表3 對空雷達(dá)自測結(jié)果(指定誤差)Tab.3 An tiaircraft radars'auto-testing results(appoin ted er ror)

4 結(jié) 論

數(shù)據(jù)融合測試系統(tǒng)由于集成了大量的設(shè)備,測試過程具有信息種類多、精度高等特點,測試過程中引起的動態(tài)測試誤差的因素也更多、更復(fù)雜.本文提出了對信息融合測試系統(tǒng)進(jìn)行自測的體系及方法,全面監(jiān)控測試系統(tǒng)的量值狀態(tài),并且開發(fā)了相應(yīng)的軟件工具,進(jìn)行了實例驗證,實驗表明,通過對信息融合測試系統(tǒng)的自測,有助于發(fā)現(xiàn)測試過程中的誤差源,減小或消除相應(yīng)的誤差,提高測試數(shù)據(jù)的置信度,進(jìn)一步保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性,同時也證明自測是測試過程中必不可少的環(huán)節(jié).由于信息融合測試系統(tǒng)自測是一種全新的測試保障方法,尚在發(fā)展完善中,有許多問題還待于進(jìn)一步討論研究.

[1] 田杰.多傳感器信息融合性能的測試與評估[J].計算機工程,2003,29(10):84-85.

Tian Jie.Testing and evaluation ofmu lti-sensor in formation fusion[J].Computer Engineering,2003,29(10):84-85.(in Chinese)

[2] 徐丹.信息融合系統(tǒng)性能測試指標(biāo)和方法研究[J].江蘇科技大學(xué)學(xué)報,2005,19(6):45-49.

Xu Dan.A Study of testing guide and method for information fusion system[J].Transaction of Jiangsu University of Science and Technology,2005,19(6):45-49.(Chinese)

[3] 于渤,楊孝仁,劉智敏.國際通用計量學(xué)基本名詞[M].第2版.北京:中國計量出版社,1996.

[4] 張志杰.動態(tài)測試的誤差分析方法研究[J].測試技術(shù)學(xué)報,2004,18(2):139-142.

Zhang Zhijie.Research on error analysis in dynam icmeasurement[J].Journalof Testand Measurement Technology,2004,18(2):139-142.(in Chinese)