多雷達信號級數(shù)據(jù)融合技術研究

杜天有

摘 要：隨著雷達技術的飛速發(fā)展，雷達性能獲得了很大的提高，各種面向復雜背景的多雷達系統(tǒng)隨之涌現(xiàn)。多雷達信息融合、協(xié)同探測等技術使分布在不同作戰(zhàn)平臺上的傳感器實現(xiàn)信息共享、探測性能最大化。本文介紹了多雷達系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術的發(fā)展，給出了多雷達數(shù)據(jù)融合常見的幾種方法，重點介紹了信號級的數(shù)據(jù)融合技術原理，并仿真分析了信號級數(shù)據(jù)融合對雷達檢測性能的提高。

關鍵詞：數(shù)據(jù)融合；協(xié)同探測；雷達

中圖分類號： TN958.92 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）17-144-2

0 引言

隨著科學技術的進一步發(fā)展，新的威脅和作戰(zhàn)方式層出不窮，對水面艦艇安全帶來了極大威脅。敵方可以從隱身飛機、水面艦艇、潛艇上，對我發(fā)射精確制導的武器。同時敵方的電子干擾，及來自高空、低空、超低空、多批次、高強度與飽和攻擊的威脅。這些威脅具有高快隱、低小慢（低被探測）等主要特征，使得單部雷達探測敵空中目標越來越困難、預警時間越來越短、攔截打擊的難度越來越大，依賴單一的雷達已經(jīng)無法滿足作戰(zhàn)系統(tǒng)的需求。

多雷達數(shù)據(jù)融合能產(chǎn)生比系統(tǒng)中單部雷達更有效、更精確的目標探測位置和識別威脅，并在此基礎上，對戰(zhàn)場態(tài)勢和威脅等級進行估計，實現(xiàn)戰(zhàn)場作戰(zhàn)透明化，為軟殺傷和硬摧毀直接提供作戰(zhàn)所需精確數(shù)據(jù)。因而，協(xié)同探測在現(xiàn)代C4IKSR系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。多雷達信號和數(shù)據(jù)融合可以有效拓寬目標探測與時-空偵察監(jiān)視的覆蓋范圍，增強目標探測的實時性，提高目標識別的準確性，改善系統(tǒng)的抗干擾性能，改進系統(tǒng)工作的可靠性、容錯性，降低系統(tǒng)成本。

1 多雷達數(shù)據(jù)融合的分類

多雷達數(shù)據(jù)融合是利用多傳感器信息進行多級別、多方面、多層次信息檢測、相關、估計和綜合以獲得目標的狀態(tài)和特征估計以及態(tài)勢和威脅評估的一種多級別自動信息處理過程，它將不同來源、不同模式、不同時間、不同地點、不同表現(xiàn)形式的信息進行融合，最后得出被感知對象的更精確的描述。按照不同的融合級別、層次，多雷達數(shù)據(jù)融合可以分為航跡級融合、點跡級融合、信號級融合。（見表1）

2 多雷達信號級數(shù)據(jù)融合原理

由于雷達單個脈沖的回波能量有限，通常雷達采用多個脈沖串進行積累，以提高信噪比，然后再進行檢測判決。但是在大多數(shù)情況下，由于雷達在一個波位上停留的時間有限，因此，對一個波位的回波信號進行積累的脈沖個數(shù)是有限的，單個雷達的回波信號積累提高信噪比的程度就會受到限制。多雷達信號級數(shù)據(jù)融合正是解決這個問題，通過一定的技術途徑，讓不同雷達站點之間的多個回波信號脈沖串能夠進行積累，進一步提高信噪比。

多脈沖積累按處理方法分為相干積累和非相干積累。相干積累利用脈沖之間的相位關系獲得信號幅度的疊加，而非相干積累是在包絡檢波之后進行，信號已經(jīng)失去脈沖之間的相位關系，脈沖之間直接進行信號幅度的疊加。對單個雷達而言，現(xiàn)代雷達信號處理技術基本都采用相干技術，但是，在目前的技術水平下，由于不同站點之間的時間同步精度限制，多站雷達之間的信號融合只能進行信號非相干積累。

多雷達信號級數(shù)據(jù)融合過程如圖1所示，每個雷達站點分別對重點區(qū)域進行旋轉掃描、非相干積累，然后通過數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送積累后的回波數(shù)據(jù)到融合處理中心，融合處理中心接收每個雷達節(jié)點的回波數(shù)據(jù)，然后進行目標的時空對準與融合檢測。

圖1 多雷達信號級數(shù)據(jù)融合過程

3 信號級數(shù)據(jù)融合對檢測性能的改善

奈曼-皮爾遜準則在雷達信號檢測中應用廣泛，該準則要求在給定信噪比條件下，滿足一定虛警概率時檢測概率最大。檢測性能的好壞體現(xiàn)在兩個方面：①在給定的信噪比條件下，滿足一定的虛警概率時，檢測概率的大小；②滿足一定的虛警概率、檢測概率時，雷達對最小可檢測信噪比的要求高低。下面從這兩個方面進行仿真驗證信號級數(shù)據(jù)融合對檢測性能的改善。

3.1 融合對檢測性能的提升

仿真情景假設有四個雷達站點，每個雷達站點的信噪比條件完全一致，滿足一定的虛警概率時，仿真分析融合之后相對單站雷達檢測概率能夠提升多少。（見圖2，圖3）

可以看出，滿足一定的虛警概率0.06（融合后檢測門限因子1.18）時，檢測概率由融合之前單站雷達的68%提高到100%。

3.2 融合對信號信噪比要求的降低

仿真情景假設雷達要求的檢測性能是虛警概率Pfa=10-3，檢測概率是Pd=95%，仿真分析融合之后與單站雷達相比要求的最小可檢測信噪比降低多少dB。（見圖4，圖5）

可以看出，單站雷達滿足給定的虛警概率Pfa=10-3、檢測概率Pd=95%時，信噪比為9.6dB；融合之后，滿足給定的虛警概率Pfa=10-3、檢測概率Pd=95%時，信噪比為5.2dB；仿真表明4個雷達站點的信號級數(shù)據(jù)融合可以降低檢測性噪比4.4dB。

4 結束語

為了有效地進行海上編隊作戰(zhàn)，必須通過發(fā)展分布式多平臺協(xié)同探測的綜合信息系統(tǒng)，其中多個傳感器進行信號級數(shù)據(jù)融合是一種主要的協(xié)同探測方式。本文主要針對信號級數(shù)據(jù)融合協(xié)同探測技術進行研究，針對數(shù)據(jù)融合對雷達檢測性能的提升進行仿真分析，仿真結果表明信號級數(shù)據(jù)融合能夠有效提高探測系統(tǒng)的檢測性能。

參 考 文 獻

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