多傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究

丁源

摘要：多傳感器組網(wǎng)探測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代艦艇中一個(gè)高度復(fù)雜而重要的問題。復(fù)雜多元的戰(zhàn)場信息環(huán)境和聯(lián)合指揮控制一體化要求艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠很好地利用多傳感器技術(shù)。雷達(dá)、聲納和艦外數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)探測(cè)和作戰(zhàn)融合技術(shù)在分布式和并行式的的作戰(zhàn)系統(tǒng)中得到了越來越多的應(yīng)用。在分析作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的主要內(nèi)容和需求的基礎(chǔ)上，對(duì)艦船多傳感器組網(wǎng)技術(shù)的組成和信息實(shí)現(xiàn)處理進(jìn)行了比較研究，分析了艦船多傳感器數(shù)據(jù)處理的方法，為軍種間協(xié)同作戰(zhàn)數(shù)據(jù)處理的解決提供了新的研究思路。

【關(guān)鍵詞】組網(wǎng) 多傳感器 數(shù)據(jù)融合

作戰(zhàn)系統(tǒng)日益復(fù)雜化和多節(jié)點(diǎn)化，使得作戰(zhàn)系統(tǒng)指控協(xié)同成為世界各國研究的熱點(diǎn)問題。未來作戰(zhàn)系統(tǒng)的信息化和體系化要求分布廣泛地海域、空域等作戰(zhàn)單元聯(lián)合起來，充分利用雷達(dá)探測(cè)、聲納探測(cè)等傳感器技術(shù)，以信息的獲取、融合處理、傳輸和共享為基礎(chǔ)，使多種武器平臺(tái)、多個(gè)傳感器與指控節(jié)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合起來。水而艦艇就是當(dāng)今人類社會(huì)所建造的武器裝備密集度最高的作戰(zhàn)平臺(tái)。

針對(duì)綜合控制體制的現(xiàn)代水而艦艇，其高效和實(shí)時(shí)作戰(zhàn)能力除了需要分布式的雷達(dá)和聲納等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，還需要在指揮與控制系統(tǒng)下的并行數(shù)據(jù)處理能力。通過一體化作戰(zhàn)，廣泛分布的各個(gè)艦船通過使用多傳感器數(shù)據(jù)聯(lián)合武器進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)，使得參戰(zhàn)部隊(duì)能夠在各種層次上充分了解目標(biāo)態(tài)勢(shì)和敵我情況，共享傳感器的數(shù)據(jù)，從而可以擴(kuò)大作戰(zhàn)空問，提高部隊(duì)的實(shí)際作戰(zhàn)能力和探測(cè)能力。本文在對(duì)這些作戰(zhàn)要素分析的基礎(chǔ)之上，對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)軍種問協(xié)同提供了一定的理論啟示和參考價(jià)值。

1 作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求和技術(shù)分析

現(xiàn)代戰(zhàn)爭要求對(duì)作戰(zhàn)空問的感知和探測(cè)，必然大大要求提高觀測(cè)、定位的能力。這不僅需要不斷提高單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的信息獲取能力，單部雷達(dá)或單個(gè)聲納探測(cè)器已經(jīng)很難與電子對(duì)抗系統(tǒng)全而抗衡，如今的美軍早已經(jīng)發(fā)展到體系作戰(zhàn)模式，都是多傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與融合，更為重要的是將多個(gè)傳感器的信息進(jìn)行共享以極大提高戰(zhàn)場信息感知和探測(cè)能力。

實(shí)時(shí)性和高效性要求這些多傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，就是把多個(gè)相同或不同類型的傳感器所提供的局部觀察量加以綜合，例如雷達(dá)、聲納探測(cè)設(shè)備等，消除數(shù)據(jù)之問的冗余和矛盾，利用數(shù)據(jù)互補(bǔ)，形成對(duì)環(huán)境的相對(duì)完整一致的感知描述，從而提高指揮系統(tǒng)決策的快速性和正確性。

1.1 作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求

早期的艦艇都是單一傳感器探測(cè)數(shù)據(jù)，若誤差偏差較大，對(duì)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)不能精準(zhǔn)定位，極大地影響作戰(zhàn)能力。作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)該滿足以下幾個(gè)條件：

1.1.1 情報(bào)信息源的多元化

由于單一情報(bào)源對(duì)目標(biāo)探測(cè)范圍有限和精準(zhǔn)度不高，情報(bào)信息應(yīng)該包含多個(gè)平臺(tái)傳感器收集的信息，達(dá)到早期預(yù)警。

1.1.2 信息識(shí)別和數(shù)據(jù)識(shí)別的多元化

單一的依靠敵我識(shí)別來識(shí)別目標(biāo)屬性或根據(jù)有限的偵察手段來確定目標(biāo)的類型的局限性，要求信息識(shí)別和數(shù)據(jù)識(shí)別多元化、常態(tài)化。

1.2 多傳感器組網(wǎng)探測(cè)技術(shù)

多傳感器組網(wǎng)探測(cè)技術(shù)就是指將多個(gè)或多種不同體制、不同頻段和不同工作模式的雷達(dá)、聲納、電子偵察設(shè)備或無線通信設(shè)備等鏈接成網(wǎng)，由指揮控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配，形成一個(gè)整體。在網(wǎng)的各傳感器將收集到的情報(bào)信息按照統(tǒng)一時(shí)空坐標(biāo)發(fā)送給指揮控制中心，并根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)情況適時(shí)地調(diào)整各自的狀態(tài)，完成作戰(zhàn)范圍內(nèi)的探測(cè)、定位跟蹤和協(xié)同打擊任務(wù)。

多傳感器組網(wǎng)探測(cè)增強(qiáng)了單個(gè)傳感器系統(tǒng)的生存能力、擴(kuò)展了空問覆蓋范圍、增加了系統(tǒng)的探測(cè)能力和檢測(cè)概率，增加了數(shù)據(jù)信息來源的可信度，減少了目標(biāo)或事件的不確定性和不穩(wěn)定性（若某一傳感器故障，可以通過其他傳感器協(xié)同進(jìn)行數(shù)據(jù)探測(cè)）。圖1是多傳感器組網(wǎng)探測(cè)的數(shù)據(jù)原理圖。

2 分布式和并行式條件下的數(shù)據(jù)融合

多傳感器探測(cè)到的目標(biāo)存在類別、屬性和特性的區(qū)別，數(shù)據(jù)融合也稱多傳感器信息融合技術(shù)就是要將這些不同類、不同平臺(tái)傳感器等獲取的信息進(jìn)行多級(jí)別、多方位的綜合分析與比較，通過與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行比較處理，數(shù)據(jù)融合技術(shù)能更高效、精準(zhǔn)地提供戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)。

2.1分布式信息源

傳感器存在種類、波段、工作方式等不同，常見的信息源包含以下幾類：

（1）雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子設(shè)備，它可以發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)至電磁波發(fā)射點(diǎn)的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息，所以雷達(dá)可以精確地測(cè)定目標(biāo)的徑向距離。

（2）紅外探測(cè)是一種無線通信方式，通過接收目標(biāo)表面的輻射場獲取目標(biāo)的信息。

（3）聲納探測(cè)是利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成水下探測(cè)和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。它有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種類型，主動(dòng)聲納通過發(fā)送聲波和接收回波信息來判別目標(biāo)的航速和航向等信息，被動(dòng)聲納通過接收回波信息來探測(cè)目標(biāo)的方位和徑向速度等信息。

（4）其他電子偵察設(shè)備通過使用專門的電子技術(shù)設(shè)備進(jìn)行偵察。

2.2 并行式數(shù)據(jù)集成和融合處理

指揮控制系統(tǒng)通過接收分布式的信息數(shù)據(jù)，由于多個(gè)傳感器可以獲得多個(gè)目標(biāo)特性、類別等，為了在對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別時(shí)具有更精準(zhǔn)的結(jié)果，利用融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)了例如動(dòng)態(tài)目標(biāo)的精確定位和形態(tài)、狀態(tài)等估計(jì)。多傳感器的數(shù)據(jù)集成和融合處理方式如下：

2.2.1 時(shí)空坐標(biāo)統(tǒng)一

數(shù)據(jù)融合必須要保證時(shí)間對(duì)準(zhǔn)和空間坐標(biāo)的統(tǒng)一，即將同一目標(biāo)或同一區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)所關(guān)聯(lián)的傳感器同步到同一基準(zhǔn)時(shí)間，保證分布式數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)性；而空間坐標(biāo)統(tǒng)一主要針對(duì)指揮控制系統(tǒng)接收多數(shù)據(jù)源的數(shù)學(xué)建模和轉(zhuǎn)換上，利用相對(duì)坐標(biāo)系或大地坐標(biāo)系來解算目標(biāo)或探測(cè)區(qū)域的坐標(biāo)信息，保證態(tài)勢(shì)空間的一致性和一體化。

2.2.2 多傳感器數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)管理

用于將多個(gè)傳感器統(tǒng)一在一個(gè)共同的時(shí)間和空間參考系，把同一類別、同一層次的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成同一種表達(dá)形式進(jìn)行數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、標(biāo)校處理，然后將不同傳感器對(duì)相同目標(biāo)的探測(cè)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2.2.3 數(shù)據(jù)相關(guān)融合處理

數(shù)據(jù)相關(guān)融合處理包括分布式信息源的點(diǎn)跡相關(guān)和指揮控制系統(tǒng)的航跡相關(guān)，各傳感器間存在精度差異，不同傳感器對(duì)不同區(qū)域、不同屬性類別的目標(biāo)感知度不同，應(yīng)依據(jù)優(yōu)先級(jí)別逐一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

3 結(jié)束語

分布式協(xié)同探測(cè)和并行式的融合數(shù)據(jù)處理是實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的重要技術(shù)基礎(chǔ)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的傳感器探測(cè)和武器協(xié)同指揮與控制，通過戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)管理和通信技術(shù)，形成各級(jí)指揮中心統(tǒng)一與一致的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢(shì)，促進(jìn)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)的探測(cè)能力和作戰(zhàn)能力。

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