防空指揮控制系統(tǒng)情報(bào)融合能力測(cè)試空情設(shè)計(jì)

張曉娜，綦磊升，余 俊

(解放軍63892部隊(duì)，河南 洛陽 471003)

在未來信息化戰(zhàn)場(chǎng)上，防空作戰(zhàn)要想完成抗擊敵空中打擊、保衛(wèi)軍隊(duì)集團(tuán)及其作戰(zhàn)行動(dòng)安全的任務(wù)，就必須適應(yīng)敵空襲作戰(zhàn)的變化，將信息技術(shù)廣泛應(yīng)用于防空武器裝備和系統(tǒng)中?，F(xiàn)代防空作戰(zhàn)面臨的主要威脅來自各種空襲兵器。面對(duì)威脅目標(biāo)種類和數(shù)量日益增多、目標(biāo)機(jī)動(dòng)性能及突防能力日益增強(qiáng)、電磁環(huán)境日益復(fù)雜的作戰(zhàn)背景［1］，防空指揮控制系統(tǒng)的倍增器作用明顯，而擁有準(zhǔn)確、及時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)空中態(tài)勢(shì)是其關(guān)鍵的一環(huán)，其中，情報(bào)融合能力是其關(guān)鍵系統(tǒng)指標(biāo)［2］，在其測(cè)試過程中，如何進(jìn)行情報(bào)融合能力測(cè)試空情的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容，本文根據(jù)對(duì)防空指揮控制系統(tǒng)情報(bào)融合能力測(cè)試需要，重點(diǎn)研究測(cè)試空情設(shè)計(jì)問題。

1 防空情報(bào)融合的目的和評(píng)判準(zhǔn)則

空情信息是指探測(cè)設(shè)備所探測(cè)到的空中目標(biāo)的方位、距離、高度、速度等相關(guān)信息。防空情報(bào)融合是將來自本級(jí)探測(cè)設(shè)備、上級(jí)、友鄰以及遠(yuǎn)方空情等多源空情信息數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、關(guān)聯(lián)、估計(jì)和綜合等多級(jí)多方面的處理，以得到對(duì)被測(cè)對(duì)象精確的狀態(tài)、身份估計(jì)、完整及時(shí)的態(tài)勢(shì)及威脅程度的判斷［3］。因此，防空情報(bào)融合的主要目的為:改善目標(biāo)的識(shí)別能力;改善目標(biāo)(實(shí)體)狀態(tài)估計(jì)的精度。因此，防空情報(bào)融合能力的測(cè)試評(píng)判準(zhǔn)則是:融合后，在分辨力不大于信息源最大分辨力的基礎(chǔ)上，融合精度不大于信息源的最大精度，相應(yīng)測(cè)試評(píng)判等級(jí)如表1。

表1 情報(bào)融合能力評(píng)判等級(jí)表

2 測(cè)試空情設(shè)計(jì)策略和步驟

在防空情報(bào)融合能力測(cè)試空情設(shè)計(jì)過程中，如何根據(jù)現(xiàn)有信息探測(cè)設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)得出相應(yīng)的測(cè)試空情參數(shù)是測(cè)試空情設(shè)計(jì)的前提。因此，鑒于防空情報(bào)融合能力的改善效果，可依據(jù)上述評(píng)判準(zhǔn)則設(shè)置相應(yīng)的防空情報(bào)融合能力測(cè)試空情參數(shù)。

在測(cè)試空情設(shè)計(jì)過程中，其主要信息源為各種型號(hào)的雷達(dá)，設(shè)雷達(dá)LDi(1≤i≤M)的主要參數(shù){轉(zhuǎn)速，最大探測(cè)距離，距離精度，方位精度，俯仰精度，距離分辨力，方位分辨力，俯仰分辨力}為:

在不考慮雷達(dá)誤差的理想情況下，根據(jù)不可接受條件限制，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法將{距離分辨力，方位分辨力，俯仰分辨力}作為空情設(shè)計(jì)的輸入三因素，其評(píng)判等級(jí)作為三水平，設(shè)置空情設(shè)計(jì)參數(shù){距離精度，方位精度，俯仰精度，距離分辨力，方位分辨力，俯仰分辨力}為:

在考慮雷達(dá)誤差的情況下，設(shè)雷達(dá)誤差符合正態(tài)分布 N(μ，δ2)，δ為均方差，即雷達(dá)精度，根據(jù)“3δ規(guī)則”，則誤差在［μ －3δ，μ +3δ］內(nèi)幾乎是肯定的事，空情設(shè)計(jì)參數(shù)為:

防空情報(bào)融合能力過程一般為預(yù)處理→坐標(biāo)轉(zhuǎn)換/數(shù)據(jù)校對(duì)→點(diǎn)跡相關(guān)/數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)→航跡濾波/更新［1］，因此，根據(jù)測(cè)試目的以及評(píng)判準(zhǔn)則采用漸進(jìn)式策略，空情設(shè)計(jì)步驟為［4-5］:① 測(cè)試坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差;② 測(cè)試融合距離分辨力;③ 測(cè)試融合方位分辨力;④ 測(cè)試融合俯仰分辨力。坐標(biāo)系采用統(tǒng)一參考點(diǎn)位直角坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)(統(tǒng)一參考點(diǎn)位)為測(cè)量中心，如圖1所示。Oxz平面為水平面，x軸在原點(diǎn)法線平面內(nèi)，指向大地北方向，y軸為過原點(diǎn)的地球參考橢球面的法線，指向朝上，z軸方向使Oxyz構(gòu)成右手坐標(biāo)系。將x軸的正方向規(guī)定為方位角零方向，順時(shí)針為方位角增加方向。

圖1 統(tǒng)一參考點(diǎn)位直角坐標(biāo)系

2.1 測(cè)試坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差

單個(gè)雷達(dá)模擬器與信息融合中心置于一點(diǎn)O?？涨樵O(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 測(cè)試坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差空情設(shè)計(jì)圖

其中，01 批飛機(jī) t時(shí)刻的坐標(biāo)為(xt，yt，zt)，yt=yt+1=H，速度 vt=vt+1=V。

空情一:z=kx－ b，b≠0。

空情二:z=kx。

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于空情一和空情二，將雷達(dá)模擬器空情值與融合空情值轉(zhuǎn)換在同一坐標(biāo)系下，同時(shí)排除截?cái)嗾`差的影響，當(dāng)雷達(dá)模擬器空情值與融合空情值相等時(shí)，則判斷無坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差，否則存在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差。

2.2 測(cè)試融合距離分辨力

在測(cè)試融合距離分辨力時(shí)，保持方位和俯仰。設(shè)計(jì)空情如圖3所示。

圖3 測(cè)試融合距離分辨力空情設(shè)計(jì)圖

其中，01批、02批飛機(jī)時(shí)刻 t的坐標(biāo)分別為(xt，yt，zt)、(x't，y't，z't)，yt=yt+1=H，y't=y't+1=H'，ΔR=RDFBL－DIS。

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于空情三和空情四，融合距離分辨力不大于ΔR，且融合精度不大于設(shè)計(jì)值，則判斷此題目通過，否則不通過。

2.3 測(cè)試融合方位分辨力

在測(cè)試融合方位分辨力時(shí)，保持距離和俯仰。設(shè)計(jì)空情如圖4所示。

圖4 測(cè)試融合方位分辨力空情設(shè)計(jì)圖

其中，01批、02批飛機(jī)時(shí)刻 t的坐標(biāo)分別為(xt，yt，

空情五:

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于空情五和空情六，融合方位分辨力不大于ΔA，且融合精度不大于設(shè)計(jì)值，則判斷此題目通過，否則不通過。

2.4 測(cè)試融合俯仰分辨力

在測(cè)試融合俯仰分辨力時(shí)，保持距離和方位。設(shè)計(jì)空情如圖5所示。

圖5 測(cè)試融合俯仰分辨力空情設(shè)計(jì)圖

其中，01批、02批飛機(jī)時(shí)刻 t的坐標(biāo)分別為(xt，yt，zt)、(x't，y't，z't)，yt=yt+1=H，y't=y't+1=H'，ΔE=RDFBL－HIG。

空情七:

空情八:zt=0，

評(píng)判標(biāo)準(zhǔn):對(duì)于空情七和空情八，融合方位分辨力不大于ΔE，且融合精度不大于設(shè)計(jì)值，則判斷此題目通過，否則不通過。

除以上基本航跡題目外，還應(yīng)考慮飛機(jī)航跡的典型性、大機(jī)動(dòng)等特點(diǎn)，如一些經(jīng)典題目:測(cè)試始線與終線跳變的航跡，平行航線、X航路和心型航路等，最后根據(jù)多個(gè)測(cè)試題目得出評(píng)判結(jié)果。

3 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［6-7］

防空情報(bào)融合能力測(cè)試系統(tǒng)就是模擬被測(cè)系統(tǒng)的外部環(huán)境，通過仿真來激勵(lì)被測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行，為構(gòu)建情報(bào)融合能力仿真測(cè)試環(huán)境提供測(cè)試平臺(tái)，如圖6所示。其基本工作流程是利用空情想定軟件編輯和存儲(chǔ)測(cè)試空情，并利用空情想定軟件產(chǎn)生測(cè)試空情，驅(qū)動(dòng)仿真測(cè)試環(huán)境中的雷達(dá)模擬器，各雷達(dá)模擬器接收測(cè)試空情，處理后發(fā)送至雷達(dá)實(shí)裝信息處理機(jī)，融合處理席接收雷達(dá)實(shí)裝信息處理機(jī)信息進(jìn)行融合處理。

依據(jù)以上防空情報(bào)融合能力測(cè)試系統(tǒng)任務(wù)及基本工作流程，系統(tǒng)由空情想定軟件、仿真控制軟件和雷達(dá)模擬軟件組成，如圖7所示。

3.1 空情想定軟件

1)空情編輯模塊:提供新建、保存、修改、刪除等操作，能夠?qū)π陆?已有的想定進(jìn)行編輯處理，包括各類空中目標(biāo)等要素的增加、刪除和修改等操作。

2)仿真初始化模塊:接收仿真控制軟件發(fā)送的系統(tǒng)初始化命令;裝載空中目標(biāo)想定數(shù)據(jù);反饋空情想定軟件初始化完成信息。

3)空情產(chǎn)生模塊:能根據(jù)輸入的空情想定，產(chǎn)生空中目標(biāo)的活動(dòng)態(tài)勢(shì)，包括目標(biāo)的屬性、運(yùn)動(dòng)軌跡和飛行參數(shù)等。

4)空情事件庫:空情事件庫由一系列描述空中目標(biāo)動(dòng)作行為操作的事件組成，包括飛機(jī)起飛、爬高、下滑、轉(zhuǎn)彎、返航、擊毀、消失、分批、合批等事件。

5)空情干預(yù)和控制模塊:接收人工干預(yù)命令，將這些命令轉(zhuǎn)換成各類目標(biāo)的事件，并將干預(yù)結(jié)果以事件的形式送空情事件庫。

圖6 情報(bào)融合能力仿真測(cè)試環(huán)境

6)空情顯示模塊:用圖形和表格的形式實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)生的目標(biāo)航跡和目標(biāo)參數(shù)。

7)空情發(fā)送模塊:周期地將空中目標(biāo)的狀態(tài)信息通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給各個(gè)仿真節(jié)點(diǎn)。

8)數(shù)據(jù)記錄模塊:記錄仿真數(shù)據(jù)，并保存到本地記錄文件中。

3.2 仿真控制軟件

1)仿真初始化模塊:向各仿真節(jié)點(diǎn)發(fā)布初始化命令，完成整個(gè)系統(tǒng)的初始化，各仿真節(jié)點(diǎn)收到初始化命令后，首先讀取初始化信息，然后對(duì)模擬對(duì)象進(jìn)行初始化。

2)仿真控制模塊:對(duì)系統(tǒng)的仿真過程進(jìn)行控制，向各仿真節(jié)點(diǎn)發(fā)布各種控制命令，控制命令包括仿真開始、暫停、恢復(fù)、仿真結(jié)束等命令。

3)過程重放模塊:通過仿真時(shí)鐘的推進(jìn)控制各仿真應(yīng)用軟件，根據(jù)時(shí)鐘讀取相關(guān)的數(shù)據(jù)，控制仿真過程的重放，控制命令包括開始、暫停、恢復(fù)、仿真結(jié)束等命令。

3.3 雷達(dá)模擬軟件

1)仿真初始化模塊:接收仿真控制軟件的系統(tǒng)初始化指令，裝載相應(yīng)的雷達(dá)參數(shù);對(duì)初始變量進(jìn)行初始化;裝載相應(yīng)的雷達(dá)探測(cè)模型和相關(guān)的情報(bào)處理等模型。

2)空情信息接收模塊:接收空情想定軟件所產(chǎn)生的客觀目標(biāo)信息;處理接收到的空情信息，形成軟件能夠識(shí)別和處理的數(shù)據(jù)。

3)目標(biāo)狀態(tài)外推模塊:根據(jù)雷達(dá)掃描特性，計(jì)算目標(biāo)在何時(shí)落到雷達(dá)哪個(gè)掃描區(qū)域內(nèi);推算出目標(biāo)的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

4)探測(cè)功能模擬模塊:根據(jù)雷達(dá)的性能參數(shù)、探測(cè)能力以及目標(biāo)特性，利用相應(yīng)的雷達(dá)探測(cè)模型，結(jié)合考慮地形遮蔽、電子干擾、氣象等因素的影響，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)概率，判斷出雷達(dá)是否能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

5)目標(biāo)相關(guān)處理模塊:對(duì)雷達(dá)信息進(jìn)行二次處理，同時(shí)處理目標(biāo)的航跡，并自動(dòng)編批;給出目標(biāo)航跡的跟蹤特性，如分批、合批、丟點(diǎn)、暫消和消失等。

6)情報(bào)顯示模塊:用圖形和表格的形式顯示目標(biāo)航跡和目標(biāo)參數(shù);提供人機(jī)交互功能，可以人工干預(yù)改變雷達(dá)探測(cè)界面的顯示。

7)情報(bào)輸出模塊:根據(jù)定義的雷達(dá)情報(bào)輸出接口定義、情報(bào)輸出標(biāo)準(zhǔn)、信息交互關(guān)系等，產(chǎn)生相應(yīng)的雷達(dá)情報(bào)報(bào)文，將報(bào)文發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

8)數(shù)據(jù)記錄模塊:記錄仿真數(shù)據(jù)，并保存到本地記錄文件中。

針對(duì)上述的空情設(shè)計(jì)利用測(cè)試系統(tǒng)的空情想定軟件進(jìn)行空情實(shí)現(xiàn)，如圖8所示。

圖8 測(cè)試空情設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)圖

4 結(jié)束語

本文研究分析了防空指揮控制系統(tǒng)情報(bào)融合能力的評(píng)判準(zhǔn)則，提出了測(cè)試空情設(shè)計(jì)策略并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試空情基本用例，對(duì)防空信息融合能力的測(cè)試有重要的參考作用。此外，還應(yīng)考慮雷達(dá)不同配置位置、不同種類探測(cè)設(shè)備等條件下的空情設(shè)計(jì)，在基本空情想定的基礎(chǔ)上進(jìn)行衍生，形成完善的情報(bào)融合測(cè)試用例庫，這亦是防空情報(bào)融合空情測(cè)試設(shè)計(jì)研究的主要方向之一。

［1］ 黨林閣，王立平，任秉麗，等．防空情報(bào)融合飛行試驗(yàn)中仿真技術(shù)的應(yīng)用［J］．火力與指揮控制，2010，35(11):199-202．

［2］ 尹安治，陳策．對(duì)空情信息融合軟件測(cè)試與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的思考［J］．國(guó)防技術(shù)基礎(chǔ)，2005，25(8):11-12．

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