雷達(dá)組網(wǎng)資源管控模型與流程研究

葉朝謀，丁建江，金江，王衛(wèi)士

(1.空軍預(yù)警學(xué)院，湖北 武漢430019;2.95112部隊(duì)，廣東 佛山528227;3.94005部隊(duì)，甘肅 酒泉735000)

1 引言

雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)(Netted Radar System，NRS)因具有體制分集、能量分集、頻率分集、信息互補(bǔ)、空間分集等諸多優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)前雷達(dá)探測(cè)技術(shù)研究熱點(diǎn)之一。隨著雷達(dá)目標(biāo)不斷呈現(xiàn)“隱、低、慢、高、快、小”等特性，再加上日益復(fù)雜的探測(cè)環(huán)境，雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)有限的探測(cè)資源越來越難以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)預(yù)警情報(bào)的要求。如何從體系探測(cè)效能出發(fā)，針對(duì)目標(biāo)環(huán)境與任務(wù)等變化適時(shí)快速優(yōu)化管控有限探測(cè)資源，充分發(fā)揮與挖掘系統(tǒng)探測(cè)潛能，正成為雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)前迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。已有相關(guān)研究［1，2，3，4，5，6］對(duì)資源管控的功能、結(jié)構(gòu)、技術(shù)方法等進(jìn)行了分析，但對(duì)NRS如何實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)管控功能等這些系統(tǒng)整體作戰(zhàn)應(yīng)用方面問題還缺乏系統(tǒng)深入研究。

2 資源管控設(shè)計(jì)原則

NRS資源管控涉及內(nèi)容很多，針對(duì)不同情況所需要采取的管控調(diào)整措施復(fù)雜多變，因此在資源管控優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到多方面要求，使其達(dá)到協(xié)調(diào)一致，其遵循的原則是:

(1)管控結(jié)構(gòu)分級(jí)化。NRS需要管控的內(nèi)容主要包括:裝備選擇、優(yōu)化部署、目標(biāo)分配、任務(wù)調(diào)度、雷達(dá)模式與參數(shù)設(shè)置、融合算法與參數(shù)選擇等。上述各項(xiàng)管控功能分別有各自的特點(diǎn)與難點(diǎn)，通過一步解決所有優(yōu)化管控問題使得NRS探測(cè)效能最大化幾乎是行不通的。采用分級(jí)化管控結(jié)構(gòu)是實(shí)際可行且廣泛使用的方法，一般是按管控功能層次來進(jìn)行分級(jí)管控，如通常采用的二級(jí)宏觀/微觀管控結(jié)構(gòu)。

(2)任務(wù)管理預(yù)案化。戰(zhàn)時(shí)作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)瞬息萬變，進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析與探測(cè)資源調(diào)整的時(shí)間極其有限。因此，戰(zhàn)前應(yīng)根據(jù)作戰(zhàn)形勢(shì)進(jìn)行周密的作戰(zhàn)任務(wù)分析，并根據(jù)任務(wù)特點(diǎn)預(yù)先制定多種作戰(zhàn)預(yù)案以及各種情況下的備選預(yù)案。預(yù)案包括不同目標(biāo)特性分析、不同戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境考慮、雷達(dá)選擇、優(yōu)化部署、雷達(dá)工作模式設(shè)置、融合算法選擇、探測(cè)效能仿真模擬等環(huán)節(jié)。每種預(yù)案按功能分步完成，最后作仿真比較，優(yōu)選出較好的幾種方案保存以備調(diào)用。

(3)控制調(diào)整模式化。戰(zhàn)前預(yù)案一般難以完全匹配戰(zhàn)時(shí)復(fù)雜環(huán)境，必須在預(yù)案的基礎(chǔ)上進(jìn)行探測(cè)資源實(shí)時(shí)優(yōu)化調(diào)整。對(duì)于指戰(zhàn)員來說，做到靈活控制探測(cè)資源是有相當(dāng)難度的。為了適應(yīng)環(huán)境快速變化與符合易操作性要求，應(yīng)采取模式化分級(jí)管控，即分別針對(duì)不同任務(wù)情況，將裝備選擇、工作模式、功率管理、頻率選擇、波形形式、檢測(cè)門限、融合算法等一系列內(nèi)容進(jìn)行模式化封裝，實(shí)現(xiàn)模式化調(diào)用。

(4)控制方式多樣化。由于不同任務(wù)對(duì)情報(bào)質(zhì)量、內(nèi)容、時(shí)間要求等不同，可采用不同管控方式滿足多樣化信息需求。如針對(duì)反導(dǎo)預(yù)警時(shí)間緊、情報(bào)質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，可采用緊密管控方式，形成預(yù)警打擊一體化管理，整個(gè)控制管理過程自動(dòng)構(gòu)成一個(gè)反饋閉環(huán)。針對(duì)防空任務(wù)中戰(zhàn)斗機(jī)只需要敵方目標(biāo)信息即能夠獨(dú)立執(zhí)行空中攔截任務(wù)的特點(diǎn)，可采用松散管控方式，NRS生成與戰(zhàn)斗機(jī)位置有關(guān)的目標(biāo)信息。針對(duì)防空任務(wù)中戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)指揮所警示的大量目標(biāo)執(zhí)行攔截任務(wù)，可采用散播管控方式，NRS生成與某個(gè)特定位置或信標(biāo)有關(guān)的目標(biāo)襲擊的信息。

圖1 NRS資源閉環(huán)管控功能模型

圖2 基于模式化NRS資源閉環(huán)管控模型

3 雷達(dá)組網(wǎng)資源管控模型

圖1給出一種由探測(cè)、信息融合、資源管控、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)庫(kù)等模塊組成的NRS探測(cè)資源閉環(huán)管控功能模型，是一典型的閉環(huán)反饋-實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)。信息融合模塊對(duì)探測(cè)模塊輸入的目標(biāo)信息進(jìn)行處理分析，形成綜合目標(biāo)態(tài)勢(shì)與探測(cè)效果評(píng)估，結(jié)果送給人機(jī)交互模塊與資源管控模塊;指揮操作人員根據(jù)綜合態(tài)勢(shì)變化、探測(cè)效果以及資源管控輔助決策意見，作出資源調(diào)整決策;資源管控模塊根據(jù)目標(biāo)、環(huán)境、資源變化適時(shí)給出探測(cè)方案調(diào)整建議，或?qū)χ笓]人員調(diào)整方案進(jìn)行評(píng)估，并將最后確定的控制調(diào)整方案生成控制時(shí)序命令，當(dāng)確定不需調(diào)整時(shí)則繼續(xù)執(zhí)行原方案;最后探測(cè)資源根據(jù)收到的控制命令調(diào)整相應(yīng)的探測(cè)模式與參數(shù)，從而獲取更多更準(zhǔn)確的目標(biāo)信息。

為了滿足環(huán)境快速變化與易操作性要求，采取模式化管控是方便可行的途徑，基于某雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)研制與作戰(zhàn)使用的基礎(chǔ)上，可將圖1進(jìn)一步細(xì)化為如圖2所示的基于模式化的閉環(huán)管控模型。

4 雷達(dá)組網(wǎng)資源管控流程

從時(shí)間上來劃分，雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)整個(gè)作戰(zhàn)管理控制流程可分為戰(zhàn)前預(yù)案擬制、戰(zhàn)時(shí)實(shí)時(shí)控制與調(diào)整、戰(zhàn)后修改完善數(shù)據(jù)庫(kù)三部分，重點(diǎn)在前兩部分，如圖3所示。

圖3 NRS資源管控流程圖

4.1 戰(zhàn)前預(yù)案擬制

戰(zhàn)前預(yù)案擬制階段主要包括雷達(dá)裝備配置與優(yōu)化部署、組網(wǎng)探測(cè)模式設(shè)計(jì)二個(gè)方面。

(1)組網(wǎng)雷達(dá)配置與優(yōu)化部署。全面深入分析所負(fù)責(zé)區(qū)域綜合作戰(zhàn)任務(wù)，在保證重點(diǎn)區(qū)域或重要任務(wù)探測(cè)性能同時(shí)兼顧其它探測(cè)需求，量化雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的主要威力范圍與信息質(zhì)量要求，選定雷達(dá)的數(shù)量與類型，通過效能仿真評(píng)估選出優(yōu)化部署方案。戰(zhàn)場(chǎng)目標(biāo)與環(huán)境變化具有突然性與快速性特點(diǎn)，留給預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間極短，戰(zhàn)時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)雷達(dá)機(jī)動(dòng)部署與補(bǔ)充或更換的可能性較小，因此戰(zhàn)前裝備配置與優(yōu)化部署應(yīng)更加關(guān)注策略長(zhǎng)期有效性，延長(zhǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)的使用時(shí)間，要考慮到未來系統(tǒng)可用性，如生存能力、可擴(kuò)展性、任務(wù)變化等，而不僅僅是考慮精度與識(shí)別性能等。

(2)組網(wǎng)探測(cè)模式設(shè)計(jì)。為了適應(yīng)環(huán)境快速變化與滿足易操作性要求，應(yīng)采取模式化分級(jí)控制策略，即分別針對(duì)不同任務(wù)情況，將開機(jī)雷達(dá)、雷達(dá)工作模式與參數(shù)以及融合算法等一系列內(nèi)容進(jìn)行組網(wǎng)探測(cè)模式化封裝，實(shí)現(xiàn)模式化調(diào)用。組網(wǎng)探測(cè)模式應(yīng)是基于某種雷達(dá)部署情況下進(jìn)行的，當(dāng)雷達(dá)部署情況有所變動(dòng)時(shí)也應(yīng)采取相應(yīng)調(diào)整。組網(wǎng)探測(cè)模式設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容:①開機(jī)雷達(dá)選擇:根據(jù)各站雷達(dá)配置情況，合理選擇各站開機(jī)雷達(dá)與型號(hào)，通常并不需要開啟各陣地所有雷達(dá);②雷達(dá)工作模式與參數(shù)選擇:根據(jù)已選各站開機(jī)雷達(dá)與部署情況，預(yù)先確定各雷達(dá)工作模式或參數(shù)，主要包括天線轉(zhuǎn)速、發(fā)射功率、工作頻點(diǎn)、波形、信號(hào)處理方式與檢測(cè)門限等;③融合算法與參數(shù)選擇:根據(jù)所選雷達(dá)及其工作模式與參數(shù)設(shè)置，合理選擇組網(wǎng)中心融合算法和參數(shù)，包括信息源選擇、相關(guān)波門、濾波參數(shù)等;④附屬資源選擇:根據(jù)需要合理選擇通信鏈路、告警設(shè)備、誘餌設(shè)備、干擾設(shè)備等配屬資源。

4.2 戰(zhàn)時(shí)實(shí)時(shí)控制與調(diào)整

戰(zhàn)時(shí)實(shí)時(shí)控制與調(diào)整階段主要是作戰(zhàn)預(yù)案的應(yīng)用與調(diào)整，即選擇作戰(zhàn)預(yù)案，并根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、探測(cè)資源、探測(cè)效果等變化進(jìn)行方案實(shí)時(shí)性調(diào)整，直至完成作戰(zhàn)任務(wù)。整個(gè)控制過程是一個(gè)閉環(huán)反饋型的實(shí)時(shí)調(diào)整過程:根據(jù)當(dāng)前空情態(tài)勢(shì)選擇相應(yīng)的作戰(zhàn)預(yù)案并生成控制指令，探測(cè)資源接受控制指令執(zhí)行相應(yīng)探測(cè)任務(wù);探測(cè)信息經(jīng)信息融合處理形成綜合空情，同時(shí)進(jìn)行資源狀態(tài)評(píng)估與探測(cè)效果評(píng)估;系統(tǒng)根據(jù)綜合態(tài)勢(shì)、探測(cè)效果以及資源狀態(tài)變化作出資源調(diào)整決策或提出控制調(diào)整輔助建議供指揮人員參考;最后確定的控制調(diào)整方案生成控制時(shí)序命令，不需調(diào)整時(shí)則繼續(xù)執(zhí)行原方案。

資源實(shí)時(shí)控制與調(diào)整主要包括雷達(dá)發(fā)射開關(guān)控制、工作模式及參數(shù)選擇、融合算法選擇與融合參數(shù)優(yōu)化等?？傮w上講，資源實(shí)時(shí)調(diào)整與控制應(yīng)具有以下四個(gè)特點(diǎn):①實(shí)時(shí)性。防空反導(dǎo)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間短，戰(zhàn)機(jī)稍縱即逝，必須保持對(duì)隱身目標(biāo)的連續(xù)穩(wěn)定跟蹤，因此，NRS要求具有快速適應(yīng)目標(biāo)環(huán)境、作戰(zhàn)任務(wù)等變化的能力。②離散性?？紤]到目標(biāo)跟蹤的連續(xù)性與穩(wěn)定性要求，資源調(diào)整與控制應(yīng)根據(jù)不同探測(cè)效果進(jìn)行分級(jí)管控，當(dāng)探測(cè)效果低于某個(gè)規(guī)定水平時(shí)，則實(shí)施相應(yīng)級(jí)別程度的調(diào)整控制，因此管控應(yīng)是在特定時(shí)機(jī)進(jìn)行的非連續(xù)性的分級(jí)化調(diào)整。③短期性。預(yù)案實(shí)時(shí)調(diào)整主要基于NRS探測(cè)效果與當(dāng)前狀態(tài)，尋求優(yōu)化組網(wǎng)系統(tǒng)的某一項(xiàng)或少數(shù)幾項(xiàng)探測(cè)跟蹤性能，但不考慮此管理調(diào)整方案以后的行為，通常僅考慮以下標(biāo)準(zhǔn)中的一種:目標(biāo)探測(cè)概率最大化、最小化目標(biāo)跟蹤誤差、最大化探測(cè)范圍等。④小幅性。預(yù)案實(shí)時(shí)調(diào)整的實(shí)時(shí)性與短期性特點(diǎn)來看，應(yīng)優(yōu)先考慮探測(cè)資源微調(diào)方案，如確有必要才謹(jǐn)慎采用大幅度調(diào)整方案如機(jī)動(dòng)部署等，因?yàn)橘Y源大幅度調(diào)整時(shí)間要求較長(zhǎng)，將對(duì)目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤產(chǎn)生不良影響，且調(diào)整后探測(cè)效能難以精確評(píng)估。

4.3 戰(zhàn)后修改完善數(shù)據(jù)庫(kù)

戰(zhàn)后修改完善數(shù)據(jù)庫(kù)階段主要是對(duì)實(shí)際作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析，分析各類情況下探測(cè)效能較好的方案，從而不斷修改完善預(yù)案庫(kù)與作戰(zhàn)指導(dǎo)方針。

傳統(tǒng)的雷達(dá)指揮控制系統(tǒng)不具備智能化決策與遠(yuǎn)程自動(dòng)控制能力以及工作狀況自動(dòng)監(jiān)視等功能，指揮人員難以對(duì)所屬雷達(dá)進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)指揮，這種指揮決策存在反應(yīng)慢、協(xié)同難、隨意性、效率低等一系列問題。由前面分析可知，相比傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)而言，上述基于模式化閉環(huán)管控方式使得指揮控制、火力打擊與傳感器系統(tǒng)聯(lián)系更加緊密，具有管控模式化、閉環(huán)反饋、人在閉環(huán)、智能決策、資源監(jiān)控等特點(diǎn)，因此具有指揮決策反應(yīng)快、決策更科學(xué)、簡(jiǎn)單易操作、控制管理更靈活等優(yōu)點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)指揮控制系統(tǒng)無法完成的復(fù)雜組網(wǎng)工作模式，如組網(wǎng)閃爍發(fā)射等。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)NRS資源優(yōu)化管控，從作戰(zhàn)應(yīng)用方面分析了NRS資源管控的設(shè)計(jì)原則，提出了基于模式化資源閉環(huán)管控模型，并分析了其作戰(zhàn)管理控制流程等，可直接應(yīng)用于NRS作戰(zhàn)管理。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種威脅目標(biāo)將對(duì)預(yù)警探測(cè)系統(tǒng)提出更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，作為雷達(dá)探測(cè)的重要技術(shù)途徑之一，NRS探測(cè)資源優(yōu)化管控技術(shù)也需要不斷發(fā)展完善。

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