高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)環(huán)境感知與架構(gòu)設(shè)計(jì)

漆家輝,陳建文,鮑 拯

(1.空軍預(yù)警學(xué)院研究生管理大隊(duì),湖北武漢430019;2.空軍預(yù)警學(xué)院,湖北武漢430019)

高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)環(huán)境感知與架構(gòu)設(shè)計(jì)

漆家輝1,陳建文2,鮑 拯2

(1.空軍預(yù)警學(xué)院研究生管理大隊(duì),湖北武漢430019;2.空軍預(yù)警學(xué)院,湖北武漢430019)

認(rèn)知雷達(dá)作為一種新型雷達(dá)概念,可全面提升雷達(dá)系統(tǒng)能力,是雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的重要方向。針對(duì)天波超視距雷達(dá)小、慢、低可探測(cè)目標(biāo)檢測(cè)和現(xiàn)有軟、硬件系統(tǒng)性能限制等難題,探討了認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)環(huán)境感知機(jī)制,仿真分析了天波雷達(dá)外部環(huán)境的復(fù)雜多樣性,分析了提升系統(tǒng)主動(dòng)適應(yīng)外部環(huán)境非平穩(wěn)變化能力的方法,給出了層次化的感知與探測(cè)一體化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì),為認(rèn)知天波超視距雷達(dá)智能信息處理系統(tǒng)研制與算法研究提供參考。

認(rèn)知天波超視距雷達(dá)(COTHR);高頻認(rèn)知信息系統(tǒng);分層處理結(jié)構(gòu);系統(tǒng)架構(gòu)

0 引 言

天波超視距雷達(dá)(Skywave Over-the-Horizon Radar,OTHR)是利用電磁波經(jīng)過(guò)電離層折射、后向返回散射實(shí)現(xiàn)飛機(jī)、大中型海面艦船、巡航導(dǎo)彈、主動(dòng)段彈道導(dǎo)彈和核爆炸等目標(biāo)的超視距下視探測(cè)的高頻雷達(dá)裝備。單個(gè)OTHR可對(duì)500多萬(wàn)平方公里電離層以下空、海域進(jìn)行監(jiān)視,具有視距以外的遠(yuǎn)程預(yù)警探測(cè)能力和良好的低空、隱身目標(biāo)探測(cè)能力,戰(zhàn)略預(yù)警價(jià)值突出[1-2],在海洋遙感[3]、緝拿走私[4]、交通管制等領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。在相控陣體制基礎(chǔ)上,OTHR發(fā)射信號(hào)采用線(xiàn)性調(diào)頻連續(xù)波固定信號(hào)形式,經(jīng)過(guò)數(shù)十年研究,系統(tǒng)理論已基本完備成熟,但仍然存在發(fā)展瓶頸與不足,主要是系統(tǒng)性能?chē)?yán)重依賴(lài)電離層狀態(tài)、海況和外部電磁環(huán)境,限制了電離層污染和復(fù)雜電磁環(huán)境下小、慢、低可探測(cè)目標(biāo)檢測(cè)性能的提升。環(huán)境影響因素與目標(biāo)本身特性及所處外部環(huán)境交織在一起,造成許多重要目標(biāo)觀測(cè)困難,小型空中目標(biāo)與慢速大中型艦船目標(biāo)檢測(cè)已成為天波超視距雷達(dá)檢測(cè)難題。OTHR先感知電離層狀態(tài)后探測(cè)目標(biāo)的工作模式只能被動(dòng)地應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,響應(yīng)不夠靈活且調(diào)整內(nèi)容相對(duì)單一,在外部環(huán)境平穩(wěn)的狀況下,尚可保證目標(biāo)探測(cè)的順利進(jìn)行,但在電離層狀態(tài)非平穩(wěn)、外部環(huán)境變化不規(guī)則時(shí),系統(tǒng)探測(cè)性能便會(huì)大幅下降,導(dǎo)致大中型艦船、小型飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈等目標(biāo)檢測(cè)困難。因此,從新思路著手,改進(jìn)當(dāng)前環(huán)境感知與應(yīng)對(duì)機(jī)制,降低天波超視距雷達(dá)對(duì)外部環(huán)境的依賴(lài),改善目標(biāo)探測(cè)性能,需對(duì)現(xiàn)有天波超視距雷達(dá)“被動(dòng)適應(yīng)”的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理機(jī)制進(jìn)行改變,代之以預(yù)測(cè)環(huán)境變化并進(jìn)行匹配的主動(dòng)方式。以發(fā)射、接收全自適應(yīng)為手段的認(rèn)知雷達(dá)理論[5-7]為解決該問(wèn)題提供了思路。

認(rèn)知天波超視距雷達(dá)研究已有報(bào)道,文獻(xiàn)[8]提出了認(rèn)知天波超視距雷達(dá)(Cognitive Over-the-Horizon Radar,COTHR)概念,將電離層先驗(yàn)信息納入系統(tǒng)中,提高了OTHR的環(huán)境適應(yīng)能力。文獻(xiàn)[9]考慮到電離層色散效應(yīng)的影響,提出認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的精細(xì)化電離層數(shù)學(xué)模型。文獻(xiàn)[10]提出了一種混合式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu),并基于透鏡原理設(shè)計(jì)了認(rèn)知天波超視距雷達(dá)信息處理架構(gòu)以及處理流程。文獻(xiàn)[11]提出了一種基于匹配濾波器輸出最大SINR的準(zhǔn)則和相似度條件下設(shè)計(jì)發(fā)射波形算法,并仿真驗(yàn)證該算法具有干擾抑制的能力。從目前研究進(jìn)展可以看出,認(rèn)知天波超視距雷達(dá)理論已初見(jiàn)端倪,具有很高的研究?jī)r(jià)值。本文給出了高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)環(huán)境感知機(jī)制,結(jié)合仿真分析了天波雷達(dá)外部環(huán)境的復(fù)雜性,并提出了層次化認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的系統(tǒng)架構(gòu)和信號(hào)處理體系。

1 高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)環(huán)境感知機(jī)制

與天波超視距雷達(dá)只從回波中提取目標(biāo)信息不同,認(rèn)知天波超視距雷達(dá)通過(guò)接收陣列單元實(shí)時(shí)感知外部環(huán)境信息,從回波中提取到環(huán)境信息,如干擾、雜波和電離層信息,在其他輔助感知器的配合下,提取感知環(huán)境信息更新綜合知識(shí)庫(kù),并實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)射波形參數(shù),可極大地提高信號(hào)處理性能,增大低可探測(cè)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率。下面按照干擾、雜波和電離層的順序說(shuō)明高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)的外部環(huán)境實(shí)時(shí)感知方法。

外部環(huán)境的干擾來(lái)源于通信干擾、電臺(tái)干擾和自然干擾,其表現(xiàn)形式為點(diǎn)干擾,如圖1所示,干擾頻點(diǎn)密集,在5～16 MHz頻段抬高了回波信號(hào)基底,阻塞了部分頻段。為了尋找可使用的頻率范圍,減少干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響,需要一種能夠?qū)崟r(shí)感知外部干擾的方法。

圖1 高頻段電臺(tái)與工業(yè)干擾頻譜全景示意圖

不同于天波超視距雷達(dá)通過(guò)頻率監(jiān)視系統(tǒng)(FMS)監(jiān)視外部環(huán)境干擾信息,認(rèn)知天波超視距雷達(dá)采用目標(biāo)探測(cè)與環(huán)境感知一體化架構(gòu),可通過(guò)接收陣列時(shí)分復(fù)用監(jiān)視外部環(huán)境,但由于目標(biāo)探測(cè)與環(huán)境感知主通道共用一套接收設(shè)備,需要優(yōu)化目標(biāo)探測(cè)與環(huán)境感知的資源分配策略。分析頻譜圖獲知干擾頻點(diǎn)信息,接收陣列收到的電磁波經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后,在頻譜圖上可以觀測(cè)到干擾頻點(diǎn)信息,感知的干擾頻點(diǎn)信息可實(shí)時(shí)反映外部環(huán)境干擾頻點(diǎn)變化趨勢(shì),大大增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)干擾的感知能力。在實(shí)時(shí)感知干擾信息后,系統(tǒng)通過(guò)選擇“干凈”(即沒(méi)有干擾的頻率范圍)的頻段,調(diào)整發(fā)射波形工作頻率,減少干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響,另外感知的干擾信息也可作為干擾抑制算法的先驗(yàn)信息,增強(qiáng)信號(hào)處理中干擾抑制算法的有效性。

慢速大中型艦船目標(biāo)容易被海雜波淹沒(méi),為了檢測(cè)出目標(biāo),天波超視距雷達(dá)在信號(hào)處理時(shí),采用雜波抑制算法,但往往因?yàn)楹ｋs波信息不符合真實(shí)環(huán)境海雜波而導(dǎo)致算法失去有效性。因此,雜波抑制處理方法需要準(zhǔn)確的雜波信息降低虛警概率。認(rèn)知天波超視距雷達(dá)通過(guò)接收端實(shí)時(shí)感知外部環(huán)境,分析回波的雜波分布圖,提取所需雜波信息,實(shí)時(shí)更新雜波圖,可以使得所感知雜波信息更加接近真實(shí)環(huán)境。為了進(jìn)一步提高信息利用效率,首先對(duì)雜波信息進(jìn)行預(yù)處理,這里只保留雜波信息,不關(guān)心目標(biāo)信息,下面采取3個(gè)步驟提取雜波信息,使得感知的雜波信息貼合實(shí)際,完善地/海雜波圖庫(kù)。

1)確定主要信息區(qū)域。通過(guò)消去雜波分布圖中除了海雜波區(qū)域的其他區(qū)域,確定主要雜波區(qū)域,能夠有效地減小數(shù)據(jù)量和提高檢測(cè)準(zhǔn)確度,進(jìn)一步在使用雜波抑制處理方法時(shí)減小虛警概率。

2)消除島嶼及固定雜波峰值。島嶼雜波會(huì)出現(xiàn)在雜波圖零多普勒或者近零多普勒區(qū)域,通過(guò)雜波分布圖和地理知識(shí)確定來(lái)自島嶼的雜波,排除其對(duì)目標(biāo)的影響。特別地,長(zhǎng)期感知環(huán)境確定島嶼和地面雜波信息,消除其峰值能夠有效地排除假目標(biāo),提高目標(biāo)檢測(cè)效率。

3)更新雜波圖。對(duì)回波中雜波進(jìn)行預(yù)處理后,通過(guò)式(1)更新基于知識(shí)的雜波圖,存儲(chǔ)在綜合知識(shí)庫(kù)中,基于知識(shí)的雜波矩陣如下:

電離層污染引起海雜波多普勒展寬,可能會(huì)導(dǎo)致雜波淹沒(méi)目標(biāo)的情況,其次,其非平穩(wěn)變化會(huì)影響相干積累效果,降低目標(biāo)檢測(cè)概率。如圖3所示,微小的發(fā)射波形參數(shù)變化會(huì)導(dǎo)致電離層傳播通道發(fā)生變化,不同發(fā)射角度在電離層中有不同的射線(xiàn)傳播路線(xiàn),而電離層的多模、多徑效應(yīng)、時(shí)變、非平穩(wěn)變化及色散特性[12]決定了確定回波路徑的困難性,同時(shí)降低了目標(biāo)檢測(cè)的有效性。

電磁波的傳播特性與電離層介質(zhì)參數(shù)(電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率和電子濃度)有關(guān),當(dāng)高頻信號(hào)在穿過(guò)電離層時(shí),由于電離層電子濃度隨高度和時(shí)間不斷發(fā)生變化,信號(hào)的傳播速度、相位和頻率也隨之改變,這就是電離層的色散效應(yīng)。本文給出了一種感知電離層色散效應(yīng)并確定電離層電子濃度的方法,利用電離層色散效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)回波發(fā)生相位變化的現(xiàn)象得到信號(hào)的相對(duì)時(shí)延,再通過(guò)式(6)確定電離層電子濃度。與沒(méi)有電離層色散效應(yīng)影響的信號(hào)回波相比,色散效應(yīng)影響的脈沖壓縮信號(hào)回波表現(xiàn)出明顯展寬,其平滑差分相位估計(jì)也存在明顯的差別,具體如下所示。

圖2 雜波分布圖

圖3 三層拋物線(xiàn)射線(xiàn)路徑圖

忽略電離層相位折射率的高階項(xiàng)時(shí),電離層引入的時(shí)延[13]為

式中,f為信號(hào)頻率,TEC為沿路徑長(zhǎng)度的電子總數(shù),單位e/m2,τ(f)為相位時(shí)延。電離層的色散特性與其中電子濃度直接相關(guān),如果能夠從信號(hào)的變化中獲得電離層色散特性τ(f),就能獲得電離層的關(guān)鍵參數(shù)。

因此對(duì)式(2)中f求導(dǎo)可得

式中,f0為信號(hào)中心頻率。

將式(2)在載頻f0附近泰勒展開(kāi),忽略其高階項(xiàng),有

由式(4)可得

由式(3)、式(5)可得

為了驗(yàn)證該方法獲取電離層精細(xì)結(jié)構(gòu)信息的能力,作如下仿真比較實(shí)驗(yàn),發(fā)射波形采用線(xiàn)性調(diào)頻信號(hào),由于電離層色散效應(yīng)對(duì)窄帶信號(hào)的影響很小可忽略不計(jì),所以設(shè)置信號(hào)帶寬為10 k Hz的寬帶信號(hào),分為兩種情況,一種是不存在電離層色散效應(yīng)的情況,稱(chēng)為非色散信號(hào),另一種是存在電離層色散效應(yīng)的情況,稱(chēng)為色散信號(hào)。在不考慮干擾和雜波的影響,如圖4所示,色散信號(hào)匹配脈壓后存在明顯展寬。為了進(jìn)一步說(shuō)明色散效應(yīng)對(duì)信號(hào)相位延遲的作用,比較兩種情況下平滑信號(hào)帶寬內(nèi)差分相位,如圖5所示,非色散信號(hào)的差分相位保持不變,而色散信號(hào)的差分相位呈下降趨勢(shì),由此可確定電離層相位延遲大小。

確定電離層相位延遲后,如式(6)所示,可計(jì)算出電離層電子濃度,并實(shí)時(shí)更新綜合知識(shí)庫(kù)的電離層電子濃度信息和電離層色散時(shí)延信息,確定傳播通道的穩(wěn)定性和變化趨勢(shì),并用于全收發(fā)自適應(yīng)信號(hào)處理。在發(fā)射端,實(shí)時(shí)更新的電離層信息能夠?yàn)榘l(fā)射波形參數(shù)調(diào)制提供先驗(yàn)信息,選擇相對(duì)平穩(wěn)電離層通道,提高目標(biāo)檢測(cè)概率,為算法策略選擇提供判斷依據(jù),強(qiáng)化資源管控能力。在接收端,準(zhǔn)確的電離層色散時(shí)延信息能夠降低信號(hào)去污染相位校正的誤差,修正海雜波頻譜展寬淹沒(méi)目標(biāo)的情況。

圖4 信號(hào)脈壓圖

圖5 信號(hào)帶內(nèi)差分相位圖

認(rèn)知天波超視距雷達(dá)本質(zhì)上是一個(gè)高頻認(rèn)知信息系統(tǒng),通過(guò)實(shí)時(shí)環(huán)境感知機(jī)制可實(shí)時(shí)感知外部環(huán)境,雖然感知區(qū)域較小,主要集中在高頻電磁波傳播通道和電磁波照射區(qū)域,但通過(guò)其他輔助環(huán)境感知器的補(bǔ)充,如頻監(jiān)系統(tǒng)(FMS)、技偵衛(wèi)星、電離層監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可做到長(zhǎng)期監(jiān)視全部可照射區(qū)域的環(huán)境情況。而且,研究環(huán)境實(shí)時(shí)感知機(jī)制不僅可準(zhǔn)確確定外部環(huán)境情況,所感知的環(huán)境信息也為發(fā)射波形參數(shù)調(diào)整和波形設(shè)計(jì)提供先驗(yàn)信息,這也是研究認(rèn)知天波超視距雷達(dá)智能信息處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

2 認(rèn)知天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)和信號(hào)處理策略

認(rèn)知天波超視距雷達(dá)在電離層診斷和目標(biāo)探測(cè)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了從接收到發(fā)射的感知-行動(dòng)收發(fā)閉環(huán)結(jié)構(gòu),并且將接收通道作為環(huán)境感知的主通道,其他輔助感知器作為補(bǔ)充,強(qiáng)調(diào)了外部環(huán)境(電離層、雜波、干擾)與雷達(dá)系統(tǒng)(發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和信號(hào)處理系統(tǒng))之間的聯(lián)系,高頻認(rèn)知信息實(shí)時(shí)環(huán)境感知機(jī)制就是這種聯(lián)系的表現(xiàn)形式。如圖6(a)所示,整個(gè)系統(tǒng)是以接收-發(fā)射的循環(huán)閉環(huán)方式工作的,一方面接收回波信號(hào)后,環(huán)境感知分系統(tǒng)提取回波中的環(huán)境和目標(biāo)信息,并發(fā)送到綜合知識(shí)庫(kù);另一方面,基于目標(biāo)環(huán)境學(xué)習(xí)和綜合知識(shí)庫(kù)信息選擇,通過(guò)發(fā)射波形參數(shù)優(yōu)化選擇和自適應(yīng)波形設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè),并提升目標(biāo)檢測(cè)性能和跟蹤效率。如圖6(b)所示,認(rèn)知天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)主要為數(shù)字收發(fā)前端、顯示器終端和全自適應(yīng)智能化認(rèn)知處理三大系統(tǒng),其中全自適應(yīng)智能化認(rèn)知處理分系統(tǒng)由目標(biāo)探測(cè)與環(huán)境感知一體化模塊、策略決策模塊、綜合知識(shí)庫(kù)三大模塊組成,分系統(tǒng)的主要功能包括目標(biāo)探測(cè)與環(huán)境感知一體化模塊的“應(yīng)用”、策略決策的“選擇”和綜合知識(shí)庫(kù)模塊的“學(xué)習(xí)”。系統(tǒng)通過(guò)接收通道的實(shí)時(shí)環(huán)境感知和環(huán)境輔助感知(其他感知器,如技偵、衛(wèi)星等)獲取外部環(huán)境信息,更新綜合知識(shí)庫(kù)中相應(yīng)環(huán)境信息,調(diào)整發(fā)射波形參數(shù),自適應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)外部環(huán)境,而且系統(tǒng)可根據(jù)綜合知識(shí)庫(kù)相應(yīng)環(huán)境知識(shí)和任務(wù)類(lèi)型自動(dòng)選擇優(yōu)化算法和限制條件,使得設(shè)計(jì)的波形與外部環(huán)境相匹配,提高目標(biāo)檢測(cè)概率。特別地,在每次完成探測(cè)或者跟蹤任務(wù)后,系統(tǒng)對(duì)資源分配情況和目標(biāo)探測(cè)情況進(jìn)行性能評(píng)估,評(píng)估結(jié)果存儲(chǔ)在綜合知識(shí)庫(kù)和邏輯決策庫(kù)中,為以后的資源分配和模型算法選擇提供參考。

圖6 認(rèn)知天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)圖

認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的核心是“全自適應(yīng)智能化認(rèn)知處理”,先進(jìn)的系統(tǒng)架構(gòu)和信號(hào)處理體系直接決定了系統(tǒng)性能。與傳統(tǒng)天波超視距雷達(dá)相比,全自適應(yīng)智能化處理系統(tǒng)架構(gòu)最大的不同在于知識(shí)運(yùn)用功能。知識(shí)的多樣化和信息處理的復(fù)雜性也決定了信號(hào)處理架構(gòu)復(fù)雜程度。為了解決這個(gè)問(wèn)題,將信號(hào)處理架構(gòu)進(jìn)行分層,把復(fù)雜的認(rèn)知信息處理問(wèn)題分為若干個(gè)較小的、單一的問(wèn)題,并在不同層次上予以解決,分別為物理層、網(wǎng)絡(luò)層、策略層、應(yīng)用層和評(píng)估層,如圖7所示。具體說(shuō)明如下:

1)物理層。先進(jìn)的硬件架構(gòu)提供了信息處理的平臺(tái)。主要包括接收-發(fā)射閉環(huán)結(jié)構(gòu)、信息高速處理、感知-探測(cè)一體化和存儲(chǔ)技術(shù)。物理層是認(rèn)知天波超視距雷達(dá)工作的基礎(chǔ),特別是近年來(lái)快速發(fā)展的雷達(dá)硬件技術(shù)強(qiáng)有力地支撐了認(rèn)知天波超視距雷達(dá)理論研究的進(jìn)展。

2)網(wǎng)絡(luò)層。系統(tǒng)中多種功能與任務(wù)之間相互聯(lián)系,構(gòu)成一張控制與轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò),主要包含各個(gè)模塊和子系統(tǒng)之間的信息傳遞和實(shí)時(shí)反饋。網(wǎng)絡(luò)層是認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的經(jīng)脈,通過(guò)系統(tǒng)資源與任務(wù)調(diào)度模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)控,實(shí)時(shí)反饋各個(gè)功能模塊的信息。

3)策略層。系統(tǒng)有針對(duì)性地自主選擇發(fā)射波形參數(shù)和信號(hào)處理策略,發(fā)射波形參數(shù)優(yōu)化算法、波形設(shè)計(jì)算法、信號(hào)處理算法、干擾與雜波抑制算法和電離層污染校正算法等集合構(gòu)成策略層所需功能。與常規(guī)天波超視距雷達(dá)追求算法普適性不同,認(rèn)知天波超視距雷達(dá)可根據(jù)外部環(huán)境和任務(wù)的不同自主地選擇針對(duì)性策略,并在策略中通過(guò)評(píng)估反饋選擇合適的算法和調(diào)整算法模型及相關(guān)參數(shù),主動(dòng)適應(yīng)外部環(huán)境。

4)應(yīng)用層。主要是確定任務(wù)需求、分析環(huán)境特征、調(diào)度系統(tǒng)資源、制定處理策略。應(yīng)用層是認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的大腦和核心,通過(guò)確定任務(wù)需求和分析環(huán)境特征,確定系統(tǒng)資源的調(diào)度方法,選擇相應(yīng)策略。

5)評(píng)估層。長(zhǎng)期認(rèn)知環(huán)境特征和分析目標(biāo)特征,評(píng)估各類(lèi)策略匹配環(huán)境能力和系統(tǒng)性能。評(píng)估層重點(diǎn)體現(xiàn)了認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的智能性和可學(xué)習(xí)性,在長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)和認(rèn)知外部環(huán)境的過(guò)程中,建立并逐步完善多種類(lèi)知識(shí)庫(kù),逐步提高系統(tǒng)性能,這是認(rèn)知天波超視距雷達(dá)特有的功能。

一方面,設(shè)計(jì)的認(rèn)知天波超視距雷達(dá)架構(gòu)通過(guò)環(huán)境感知將干擾、雜波、電離層等先驗(yàn)信息納入系統(tǒng),可以提高其對(duì)外部環(huán)境的認(rèn)知和適應(yīng)性;另一方面,設(shè)計(jì)的環(huán)境感知與目標(biāo)探測(cè)一體化的系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu),將目標(biāo)探測(cè)與環(huán)境感知融為一體,并通過(guò)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)和接收信號(hào)的智能處理,可同時(shí)對(duì)雷達(dá)發(fā)射和接收端進(jìn)行聯(lián)合全自適應(yīng)處理,形成閉合回路,從而解決現(xiàn)階段天波超視距雷達(dá)受復(fù)雜環(huán)境限制等問(wèn)題?？梢灶A(yù)見(jiàn),在天波超視距雷達(dá)領(lǐng)域引入認(rèn)知雷達(dá)概念,必將有助于天波超視距雷達(dá)系統(tǒng)性能的大幅提升。

圖7 認(rèn)知天波超視距雷達(dá)分層處理信息流圖

3 結(jié)束語(yǔ)

認(rèn)知天波超視距雷達(dá)作為新一代天波超視距雷達(dá)發(fā)展方向之一,可有效提高天波超視距雷達(dá)在復(fù)雜環(huán)境下低可探測(cè)目標(biāo)的檢測(cè)性能,拓展同時(shí)執(zhí)行多任務(wù)的功能。本文分析了常規(guī)天波超視距雷達(dá)“先感知后探測(cè)”被動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和信息處理機(jī)制存在的問(wèn)題,詳細(xì)討論了天波超視距雷達(dá)面臨的小、慢目標(biāo)檢測(cè),軟、硬件不符合智能系統(tǒng)要求和粗糙的外部環(huán)境感知方法等難題,指出了認(rèn)知天波超視距雷達(dá)具有實(shí)時(shí)感知外部環(huán)境、收發(fā)全自適應(yīng)處理和智能化運(yùn)行等特點(diǎn),提出了高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)環(huán)境感知機(jī)制,通過(guò)實(shí)時(shí)感知外部環(huán)境獲得相應(yīng)的外部環(huán)境信息,包括外部干擾、海雜波和電離層等信息,分析了系統(tǒng)感知外部環(huán)境方法和處理方法。由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和知識(shí)多樣性,再給出其系統(tǒng)架構(gòu)后,提出了層次化的信號(hào)處理策略,將復(fù)雜的認(rèn)知信號(hào)處理過(guò)程轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單、模塊化的過(guò)程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。本文高頻認(rèn)知信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)環(huán)境感知策略與架構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)認(rèn)知天波超視距雷達(dá)的設(shè)計(jì)與研制具有一定的指導(dǎo)意義。

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Research on High-Frequency Environment Sensing Cognitive Information System and its Architecture Design

QI Jiahui1,CHEN Jianwen2,BAO Zheng2
(1.Department of Graduate Management,Air Force Early Warning Academy,Wuhan430019,China;2.Air Force Early Warning Academy,Wuhan430019,China)

As a new type of radar concept,the cognitive radar can improve the system adaptability.It is an important direction of the development for radar technology.Aimed at such problems in OTHR that it is difficult to detect small or slow speed targets and the hardware and software impose restrictions on its performance,we discuss the high-frequency real-time environment sensing cognitive information system for cognitive OTHR.Then the methods which can make system automatically adapt to the non-stationary changing environment is analysed.The system architecture design that integrate sensing and detection in layering model is presented,which can provide reference for cognitive OTHR system.

cognitive over-the-horizon radar(COTHR);high-frequency cognitive information system;hierarchy processing struction;system architecture

TN958.93

A

1672-2337(2017)02-0141-07

10.3969/j.issn.1672-2337.2017.02.006

2016-07-17;

2016-09-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.61471391)

漆家輝男,1991年出生,四川綿陽(yáng)人,空軍預(yù)警學(xué)院信息與通信工程專(zhuān)業(yè)碩士研究生,主要研究方向?yàn)槟繕?biāo)檢測(cè)與識(shí)別、天波超視距雷達(dá)信號(hào)處理。

E-mail:m15527912270@163.com

陳建文男,1964年出生,湖北武漢人,教授、博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)樘觳ǔ暰嗬走_(dá)信號(hào)處理、陣列信號(hào)處理。

鮑 拯男,1977年出生,湖北漢川人,博士、講師,主要研究方向?yàn)樘觳ǔ暰嗬走_(dá)信號(hào)處理、陣列信號(hào)處理。