一种分布式综合感知方法及装置与流程

1.本技术涉及多维信息监控技术领域，具体而言，涉及一种分布式综合感知方法及装置。


背景技术：

2.具备较强承载能力(例如搭载多种传感器系统的运输飞机、大型人造卫星、浮空飞艇等)或较强机动能力的平台目标(例如超音速飞机、临近空间飞行器等)具备较强的任务执行能力，在国防、商用等领域承担重要任务而具备较高价值，需要对其状态信息进行全面、准确的监控。而目标状态信息的获取通常由各种传感器承担，例如雷达、声呐、电子侦察、红外、光学成像、微波成像等，不同类型传感器的信息获取能力都有其适用范围。雷达、声呐等主动传感器可掌握目标方位、速度等位置及速度、航向等运动信息，但难以获取目标搭载的电子设备的工作信息，而电子侦察等被动传感器则正好相反，虽然难以全面获取目标空间与运动信息，但往往能够获取平台所搭载各种电子设备的辐射信号，识别其工作状态，进而支撑判断目标属性、行为意图等。显然，全面监控目标既要获取其位置、运动信息，也需要对其属性、行为意图进行判别，因此需要综合利用多种传感器对其进行全面感知。
3.在现有技术中，多传感器综合感知最主要的实现方式是通过单平台搭载的多传感器实现，但是这种方案会出现以下两种问题：第一、由于单平台由于空间多样性不足，会导致所获取的目标状态信息连续性不够。因为单节点仅能从单一角度感知并获取目标状态信息，在目标状态信息数据完整性、连续性方面存在较大困难。例如对于红外、雷达以及电子侦察等感知手段，单一观测角度分别会因为目标尾焰红外信号弱、多普勒特征消失以及目标载荷辐射源天线不可预测的扫描方式等原因存在一定的信号漏检概率，导致长时间多次观测场景下出现目标状态信息数据不连续、不完整的问题。
4.第二、目标在不同维度的状态信息变化特征通常存在差异，其中状态信息具备捷变特征的维度进一步加剧了对目标进行全面监控的难度。例如临近空间飞行器等目标得益于较高的机动能力，其方位、距离等空间维度的状态参数往往会剧烈变化，雷达等主动传感器在面对该类目标时会因回波跨波束、跨多普勒单元和跨距离单元等原因出现检测性能下降的问题，导致目标点迹缺失、航迹难以维持，而目标较高的机动性能还导致传感器在点迹丢失的情况下也难以利用慢速目标运动模型推测目标位置信息，难以利用部分数据推测其信号变化规律，从而进行缺失状态信息的外推补全。因此，如何对目标多维状态信息的全域准确监控成为本领域技术人员不得不考虑的问题之一。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于，为了克服现有的技术缺陷，提供了一种分布式综合感知方法及装置，通过优化系统部署方案并确定感知节点的工作时序管理感知节点，使得不同感知节点按照工作时序分时切换，获取并目标在同维度的状态信息，实现对目标多维状态信息的全域准确监控。
6.本技术目的通过下述技术方案来实现：
7.第一方面，本技术提出了一种分布式综合感知方法，所述方法应用于分布式综合感知系统，所述分布式综合感知系统包括多个感知节点，包括：
8.根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件；
9.根据所述任务边界和所述资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定所述感知节点的工作时序；
10.利用所述感知节点按照所述工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息；
11.对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。
12.在一种可能的实施方式中，所述目标信息的状态为状态捷变和状态缓变，所述方法还包括：
13.采用间歇式接力感知的方式，利用第一时间获取状态捷变的目标信息；
14.采用分时稀疏观测的方式，利用第二时间获取状态缓变的目标信息，所述第一时间大于所述第二时间。
15.在一种可能的实施方式中，对所述维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息的步骤，包括：
16.对状态捷变的目标信息通过归一化技术进行整理，对整理后的状态捷变的目标信息按照时间顺序进行拼接；
17.对状态缓变的目标信息进行外推插值；
18.将拼接的状态捷变的目标信息和外推插值的状态缓变的目标信息关联与融合，得到目标状态信息。
19.在一种可能的实施方式中，所述环境数据包括物理环境数据和电磁环境数据，所述物理环境数据包括气候和水文，所述电磁环境数据包括电磁信号频谱分布和幅度。
20.在一种可能的实施方式中，所述目标状态信息包括目标方位、高度、速度、载荷辐射源工作频段、工作模式中的一种或多种。
21.在一种可能的实施方式中，确定所述感知节点的工作时序的方法包括：边搜索边跟踪、跟踪加搜索、负载均衡以及周期拓展。
22.在一种可能的实施方式中，对系统部署方案的优化包括：根据感知节点的位置优化布站，对感知节点波束参数进行联合调整以及构建通信链路。
23.第二方面，本技术提出了一种分布式综合感知装置，所述装置包括：
24.第一获取模块，用于根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件；
25.优化模块，用于根据所述任务边界和所述资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定所述感知节点的工作时序；
26.第二获取模块，用于利用所述感知节点按照所述工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息；
27.生成模块，用于对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。
28.第三方面，本技术还提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器和存储
器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如第一方面任一项所述的分布式综合感知方法。
29.第四方面，本技术还提出了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如第一方面任一项所述的分布式综合感知方法。
30.上述本技术主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本技术可采用并要求保护的方案；且本技术，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本技术方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本技术所要保护的技术方案，在此不做穷举。
31.本技术公开了一种分布式综合感知方法及装置。该方法包括：根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件，根据任务边界和资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定感知节点的工作时序，利用感知节点按照工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息，对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。通过对感知节点系统部署方案和工作时序的优化，使得感知节点获取感知目标在所有维度下的目标信息，实现准确地对感知目标的全域监控。
附图说明
32.图1示出了本技术实施例提出的分布式综合感知方法的一种应用场景示意图。
33.图2示出了本技术实施例提出的分布式综合感知方法的另一种应用场景示意图。
34.图3示出了本技术实施例提出的一种分布式综合感知方法的流程示意图。
35.图4a示出了感知节点获取人造卫星/浮空飞艇的目标信息的时序示意图。
36.图4b示出了感知节点获取超声速飞行器的目标信息的时序示意图。
37.图5a示出了感知节点获取感知目标的电磁信号的频率图。
38.图5b示出了感知节点获取感知目标的位置距离示意图。
具体实施方式
39.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
41.在现有技术中，由于通过单平台搭载的多传感器协作实现对多维状态信息的综合感知有两个缺点，第一个是单平台由于空间多样性不足，会导致所获取的目标状态信息连续性不够，第二个是目标在不同维度的状态信息变化特征通常存在差异，状态信息具备捷变特征的维度加剧了对目标进行全面监控的难度。
42.本技术实施例对于上述针对单节点监控目标时面临的空间多样性缺失、目标状态
参数捷变等缺点提出了一种分布式综合感知方法，通过优化系统部署方案并确定感知节点的工作时序管理感知节点，使得不同感知节点按照工作时序分时切换，获取并目标在同维度的状态信息，实现对目标多维状态信息的全域准确监控，接下来对进行详细地说明。
43.本技术实施例提出了一种分布式综合感知方法，该方法应用于分布式综合感知系统当中，分布式综合感知系统包括多个感知节点，请参照图1和图2，图1示出了本技术实施例提出的分布式综合感知方法的一种应用场景示意图，图2示出了本技术实施例提出的分布式综合感知方法的另一种应用场景示意图，如图所示，图1中的感知目标为1个人造卫星和1个浮空飞艇，感知系统通过多个综合感知节点对人造卫星和浮空飞艇的状态缓变的多维度信息进行获取，并传送到处理中心对信息进行处理，而图2中的感知目标则是1个临近空间高超声速飞行器，同样通过多个综合感知节点对超声速飞行器的状态捷变的多维度信息进行获取，并传送到处理中心对信息进行处理。
44.其中监控人造卫星/浮空飞艇的综合感知节点由于无线通信能力有限，因此采用近邻节点互传的链式通信传输方式，将数据传输至中心节点处理监控高超声速飞行器的综合感知节点能够架设光纤，通信延时短吞吐量大，因此各节点可以分别独立向处理中心传输数据，然后由处理中心统一处理目标信息，接下来以人造卫星/浮空飞艇与超声速飞行器为例对分布式综合感知系统说明。
45.请参照图3，图3示出了本技术实施例提出的一种分布式综合感知方法的流程示意图，包括以下各个步骤：
46.步骤s100、根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件。
47.环境数据包括物理环境数据和电磁环境数据，物理环境数据包括气候和水文，电磁环境数据包括电磁信号频谱分布和幅度，任务边界包括划定系统的感知空域和感知目标的大致范围，系统所需的资源条件包括节点资源、传感器种类等系统参数。根据环境数据和实时任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件，能够对感知节点的空间位置和波束指向进行优化，实现对目标状态参数变化区间的全面覆盖，同时兼顾了空间多样性，有效获取多普勒、红外等信息。
48.此外，步骤s100还能主动探测照射/接收以及被动侦察的接收波束覆盖目标所有可能方位以及侦察频段覆盖目标载荷辐射源所有可能的工作频段等。
49.步骤s200、根据任务边界和资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定感知节点的工作时序。
50.对系统部署方案的优化包括：根据感知节点的位置优化布站，对感知节点波束参数进行联合调整以及构建通信链路，其中波束参数包括波束指向范围、波束方位以及俯仰宽度等。利用粒子群算法优化系统部署方案的步骤包括：在通信距离等限制条件下，根据离散化的侦察监视区域和最差性能最优准则，建立了一个系统部署方案优化数学模型，针对模型提出一种基于混合编码粒子群优化(pso)算法的系统站点优化部署算法。
51.由于考虑了目标数量、节点资源总量等资源条件，在此基础上采用边搜索边跟踪、跟踪加搜索、负载均衡以及周期拓展等方法确定并优化感知节点的工作时序。
52.步骤s300、利用感知节点按照工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息。
53.感知节点按照设计好的时序、优化后的系统部署方案，并结合原子钟、导航卫星等提供的统一时空基准，切换不同的工作模式，从空间、电磁频谱、红外等不同维度综合获取感知目标所有维度的目标信息，按一定传输和处理周期(由节点传输能力、处理能力等因素决定)，将获取的目标状态信息传输至处理中心。
54.目标信息的状态分为状态捷变和状态缓变，分布式综合感知系统采用间歇式接力感知的方式，利用第一时间获取状态捷变的目标信息，采用分时稀疏观测的方式，利用第二时间获取状态缓变的目标信息，第一时间大于第二时间。
55.状态捷变指的是目标状态变化较为迅速的参数维度，对于人造卫星/浮空飞艇而言，状态捷变的目标信息是目标辐射源工作的频段等电磁频谱内的参数，而对于超声速飞行器而言，捷变维度的目标信息为目标的位置、速度、高度等物理空间参数。状态缓变指的是目标状态变化较为缓慢的参数维度。
56.分布式综合感知系统针对状态不同的目标信息选取不同的时间资源进行分配，对待状态捷变的目标信息投入较多时间资源，采用间歇式接力感知的方式获取。而对于状态缓变的目标信息则投入较少时间资源，采用分时稀疏观测的方式获取，能够全面完整获取不同维度的状态信息，保证信息的全面性。
57.对于人造卫星/浮空飞艇，将频谱波形参数作为状态捷变的目标信息，将空间运动参数作为状态缓变的目标信息，对于超声速飞行器将空间运动参数作为状态捷变的目标信息，将频谱波形参数作为状态缓变的目标信息，请参照图4a和图4b，图4a示出了感知节点获取人造卫星/浮空飞艇的目标信息的时序示意图，而图4b示出了感知节点获取超声速飞行器的目标信息的时序示意图。
58.图4a中选取了三个感知节点，采用间歇式接力模式分别对两个感知目标(人造卫星和浮空飞艇)的电磁信号和方位运动信息的时序进行获取，将前2次重叠接力侦察的时间段通过虚线进行标注，节点2获取的电磁信号和方位运动信息时序略低于节点1获取的电磁信号和方位运动信息时序，节点3获取的电磁信号和方位运动信息时序略低于节点2获取的电磁信号和方位运动信息时序，每个节点将自身获取的电磁信号和方位运动信息时序统一发送至分布式综合感知系统，系统对接收到的信息进行融合。
59.图4b中选取了两个感知节点，采用间歇式接力对一个感知目标(超声速飞行器)在物理空间获取位置及速度参数、通信测控信号以及尾焰红外信号，将前2次重叠接力感知的时间段通过虚线进行标注，节点2获取的位置及速度参数、通信测控信号以及尾焰红外信号的时序略低于节点1获取的位置及速度参数、通信测控信号以及尾焰红外信号时序，每个节点将自身获取的时序统一发送至分布式综合感知系统，系统对接收到的信息进行融合。
60.对应的请参照图5a和图5b，图5a示出了感知节点获取感知目标的电磁信号的频率图，以感知目标1为例，有一定范围的驻留时间和单次扫描的瞬时带宽，感知节点1在驻留时间内获取到的辐射源频率处于上升状态，在该时间范围之内，感知节点2在自身的时间范围内也获取到了上升的辐射源频率，接下来感知节点3同样获取到了上升的辐射源频率，图中的重叠部分与图4a的重叠信号对应，重叠部分为同时接收该频段内目标辐射信号。
61.图5b示出了感知节点获取感知目标的位置距离示意图，感知节点(雷达)获取波束覆盖范围,表明了感知目标的运动轨迹，每个节点探测目标的重叠部分对应图4b中的重叠探测目标位置及参数，感知目标在重叠部分时能够同时被两个感知节点探测到。
62.s400、对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。
63.可选的，对状态捷变的目标信息通过归一化技术进行整理，对整理后的状态捷变的目标信息按照时间顺序进行拼接，对状态缓变的目标信息进行外推插值，将拼接的状态捷变的目标信息和外推插值的状态缓变的目标信息关联与融合，得到目标状态信息。
64.目标状态信息包括目标方位、高度、速度、载荷辐射源工作频段、工作模式。为了消除幅度起伏、量测误差等因素的影响，对维度为状态捷变的目标信息采取归一化等技术手段进行整理，并按照时间的先后顺序对整理后的数据进行拼接，对维度为状态缓变的目标信息则根据感知节点获取的目标信息推测其状态变化规律，在推测得到的规律基础上通过外推、插值等方式补齐缺失数据，最后将感知目标在不同维度的状态信息进行关联与融合，得到多维度的目标状态信息。
65.与现有技术相比，本技术实施例具有以下有益效果：
66.第一、选取多个空间散布的感知节点对感知目标进行综合感知，全面获取其不同维度状态参数信息，能够克服克服选取单节点获取感知目标信息中空间多样性不足的缺点。
67.第二、通过优化系统部署方案并确定感知节点的工作时序管理感知节点，使得不同感知节点按照工作时序分时切换，获取并目标在同维度的状态信息，实现对目标多维状态信息的全域准确监控。
68.此外，本技术实施例还提出了一种分布式综合感知装置可能的实现方式，其用于执行上述实施例及可能的实现方式中示出的分布式综合感知方法各个执行步骤和相应技术效果，在此不再赘述，该分布式综合感知装置包括：
69.第一获取模块，用于根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件；
70.优化模块，用于根据任务边界和资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定感知节点的工作时序；
71.第二获取模块，用于利用感知节点按照工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息；
72.生成模块，用于对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。
73.本优选实施例提供了一种计算机设备，该计算机设备可以实现本技术实施例所提供的分布式综合感知方法任一实施例中的步骤，因此，可以实现本技术实施例所提供的分布式综合感知方法的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。
74.本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。为此，本技术实施例提供一种存储介质，其中存储有多条指令，该指令能够被处理器进行加载，以执行本技术实施例所提供的分布式综合感知方法中任一实施例的步骤。
75.其中，该存储介质可以包括：只读存储器(rom，read only memory)、随机存取记忆体(ram，random access memory)、磁盘或光盘等。
76.由于该存储介质中所存储的指令，可以执行本技术实施例所提供的任一分布式综合感知方法实施例中的步骤，因此，可以实现本技术实施例所提供的任一分布式综合感知
方法所能实现的有益效果，详见前面的实施例，在此不再赘述。
77.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种分布式综合感知方法，其特征在于，所述方法应用于分布式综合感知系统，所述分布式综合感知系统包括多个感知节点，包括：根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件；根据所述任务边界和所述资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定所述感知节点的工作时序；利用所述感知节点按照所述工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息；对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。2.如权利要求1所述的分布式综合感知方法，其特征在于，所述目标信息的状态为状态捷变和状态缓变，所述方法还包括：采用间歇式接力感知的方式，利用第一时间获取状态捷变的目标信息；采用分时稀疏观测的方式，利用第二时间获取状态缓变的目标信息，所述第一时间大于所述第二时间。3.如权利要求2所述的分布式综合感知方法，其特征在于，对所述维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息的步骤，包括：对状态捷变的目标信息通过归一化技术进行整理，对整理后的状态捷变的目标信息按照时间顺序进行拼接；对状态缓变的目标信息进行外推插值；将拼接的状态捷变的目标信息和外推插值的状态缓变的目标信息关联与融合，得到目标状态信息。4.如权利要求1所述的分布式综合感知方法，其特征在于，所述环境数据包括物理环境数据和电磁环境数据，所述物理环境数据包括气候和水文，所述电磁环境数据包括电磁信号频谱分布和幅度。5.如权利要求1所述的分布式综合感知方法，其特征在于，所述目标状态信息包括目标方位、高度、速度、载荷辐射源工作频段、工作模式中的一种或多种。6.如权利要求1所述的分布式综合感知方法，其特征在于，确定所述感知节点的工作时序的方法包括：边搜索边跟踪、跟踪加搜索、负载均衡以及周期拓展。7.如权利要求1所述的分布式综合感知方法，其特征在于，对系统部署方案的优化包括：根据感知节点的位置优化布站，对感知节点波束参数进行联合调整以及构建通信链路。8.一种分布式综合感知装置，其特征在于，所述装置包括：第一获取模块，用于根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件；优化模块，用于根据所述任务边界和所述资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定所述感知节点的工作时序；第二获取模块，用于利用所述感知节点按照所述工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息；生成模块，用于对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-7任一
项所述的分布式综合感知方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1-7任一项所述的分布式综合感知方法。

技术总结
本申请公开了一种分布式综合感知方法及装置。该方法包括：根据获取到的环境数据和任务需求确定感知目标的任务边界和系统所需的资源条件，根据任务边界和资源条件利用粒子群算法对系统部署方案进行优化，并确定感知节点的工作时序，利用感知节点按照工作时序以及优化后的系统部署方案获取感知目标所有维度的目标信息，对所有维度的目标信息进行关联与融合，得到目标状态信息。通过对感知节点系统部署方案和工作时序的优化，使得感知节点获取感知目标在所有维度下的目标信息，实现准确地对感知目标的全域监控。感知目标的全域监控。感知目标的全域监控。


技术研发人员：史小伟 杨益川 孟建
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第二十九研究所
技术研发日：2023.03.01
技术公布日：2023/7/13