王茗弘1,王歆2,屈文秋2,廖小罕3,钟璧樯4,刘晨5
摘要: 城市低空环境复杂,仅依靠单一传感器难以有效感知并定位非合作无人机,但融合多类型异构传感器感知定位数据,存在数据时钟与采样频率不同步、跨源关联不稳定及噪声不确定等问题。针对此问题,本文提出一种考虑异构数据时空关系的多源感知定位数据动态融合(Spatio-Temporal Optimization-driven Dynamic Adaptive Fusion, STO-DAF)框架。首先,提出考虑无人机运动学约束的航迹重构机制(Kinematic-Constrained Trajectory Reconstruction, KCTR)。通过速度约束进行异常数据校正,并结合窗口门限连续化处理航迹的中断区域,以增强数据的时序连贯性;构建分阶段匹配法,实现异构数据的精准时空对齐。其次,设计基于置信度等级的时空优化机制(Spatio-Temporal Optimization, STO)。通过判别数据来源,设计匹配数据对的置信度和精度的关联与分级机制,并基于置信度等级进行数据对的筛选与保留。最后,构建动态自适应数据融合模型(Dynamic Adaptive Fusion,DAF)。设计静态模型、基于先验知识以及后验估计策略的最优噪声建模方法,分析数学平滑、几何聚类及状态估计算法在应对时变干扰下的精度与实时性性能特征,融合前述建模与分析结果,实现对航迹的动态融合与输出。真实城市场景多高度层飞行实验结果表明:KCTR机制可基于物理约束有效筛除异常值,定位精度提升百分比可达56.21%;STO机制提升了多源数据的时空分布均匀性的同时,可有效增强数据置信度;DAF模型可对多源异构传感器数据进行实时融合与轨迹输出,其平均计算时间为0.26秒,平均定位误差为11.06m,且在真实的城市场景中具备良好的泛化能力。
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