雙波段復(fù)合導(dǎo)引信息融合技術(shù)研究

寧娜 穆仕博

摘 要：????? 雙頻段復(fù)合制導(dǎo)是改善復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達(dá)導(dǎo)引頭檢測(cè)性能及抗干擾能力的一條重要途徑。 針對(duì)雙頻段復(fù)合雷達(dá)導(dǎo)引頭， 本文提出了一種適用于雙頻段雷達(dá)的目標(biāo)融合檢測(cè)及跟蹤算法。 該算法利用雙頻段信息自適應(yīng)構(gòu)建權(quán)重因子， 基于決策層的投票融合策略完成對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)及參數(shù)估計(jì)。 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 該算法有效提高了導(dǎo)引頭目標(biāo)檢測(cè)能力及跟蹤精度， 改善了干擾條件下的導(dǎo)引頭檢測(cè)性能。

關(guān)鍵詞：???? 雷達(dá); 雙頻段; 信息融合; 復(fù)合制導(dǎo); 檢測(cè)跟蹤

中圖分類號(hào)：??? TJ765.3;TN911文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：??? A文章編號(hào)：???? 1673-5048（2018）01-0039-04

0 引? 言

為了滿足復(fù)雜電磁環(huán)境下攻防對(duì)抗精確目標(biāo)檢測(cè)跟蹤武器的要求， 通過(guò)信息融合發(fā)展多模復(fù)合制導(dǎo)的目標(biāo)檢測(cè)跟蹤技術(shù)成為當(dāng)前精確制導(dǎo)的重要方向。 本文提出的雙頻段復(fù)合導(dǎo)引信息融合技術(shù)， 采用雙頻段主動(dòng)雷達(dá)復(fù)合導(dǎo)引頭同時(shí)工作在兩個(gè)頻段下， 通過(guò)充分發(fā)揮兩個(gè)頻段下的工作優(yōu)勢(shì)， 有效改進(jìn)導(dǎo)彈的目標(biāo)檢測(cè)跟蹤性能， 提高導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)使用上的靈活性。

雙頻段主動(dòng)雷達(dá)復(fù)合導(dǎo)引具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1） 抗干擾能力強(qiáng)

雙頻段雷達(dá)導(dǎo)引頭同時(shí)工作在Ka和Ku兩個(gè)頻段， 兩個(gè)工作頻段之間是相互獨(dú)立的， 通過(guò)同時(shí)發(fā)射兩個(gè)頻段下的電磁波可以增加敵方對(duì)己方導(dǎo)彈頻率偵查和實(shí)施干擾的難度。 在一個(gè)工作頻段受到干擾情況下另一頻段仍然能正常工作， 提高導(dǎo)引頭抗干擾性能。

（2） 跟蹤精度高

雙頻段導(dǎo)引頭可同時(shí)獲得兩個(gè)頻段目標(biāo)回波信息， 目標(biāo)信息量增多， 通過(guò)融合處理算法將兩個(gè)頻段信息進(jìn)行融合， 相比單頻段導(dǎo)引頭可提高導(dǎo)引頭測(cè)量及跟蹤精度。

（3） 改善單頻段導(dǎo)引頭工作性能不足

導(dǎo)引頭工作頻段一定程度上影響其工作性能。 雙頻段導(dǎo)引頭在遠(yuǎn)距時(shí)利用Ku波段波束寬的優(yōu)點(diǎn)提高中末制導(dǎo)交接班概率， 在近距時(shí)利用Ka波段的窄波束提高導(dǎo)引頭測(cè)角精度， 充分發(fā)揮各頻段工作優(yōu)勢(shì)， 彌補(bǔ)單一工作頻段不足。

雙頻段主動(dòng)雷達(dá)導(dǎo)引頭利用兩種工作頻段的優(yōu)勢(shì)可有效提高導(dǎo)彈制導(dǎo)精度和抗干擾能力， 改進(jìn)導(dǎo)彈在復(fù)雜干擾環(huán)境下的作戰(zhàn)效能。

1 雙頻段信息融合層次

雙頻段復(fù)合制導(dǎo)信息處理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和控制流向見圖1。 雙頻段雷達(dá)信息融合處理器承接了雙波段導(dǎo)引頭和飛行控制系統(tǒng)之間的信息流通和處理， 是制導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分。

雙頻段復(fù)合雷達(dá)導(dǎo)引頭信息融合包括以下方面內(nèi)容：

【聯(lián)合工作模式】利用各頻段優(yōu)勢(shì)在不同階段協(xié)同工作。

【融合檢測(cè)】采用融合檢測(cè)方法， 增大檢測(cè)概率并控制虛警概率。

【融合跟蹤】使用融合跟蹤方法進(jìn)一步剔除虛警， 確認(rèn)目標(biāo)， 改善目標(biāo)跟蹤精度。

信息融合的目的是通過(guò)融合處理不同頻段下導(dǎo)引頭測(cè)量的距離、 速度或角度信息， 保證導(dǎo)引頭穩(wěn)定跟蹤特定目標(biāo)， 跟蹤過(guò)程不受假目標(biāo)、 雜波或干擾的影響。 融合器主要處理4類任務(wù)：

接收飛控裝訂的“預(yù)定區(qū)域”指令和慣導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)航信息， 控制雙頻段導(dǎo)引頭目標(biāo)搜索、 檢測(cè)過(guò)程。

在飛控信息的輔助下， 控制復(fù)合導(dǎo)引頭工作流程。

接收雙頻段導(dǎo)引頭雷達(dá)送來(lái)的傳感器報(bào)告， 估計(jì)多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

將多目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)信息及歸檔信息反饋給信號(hào)融合器。

根據(jù)上述4類任務(wù)， 將融合器算法軟件分為兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)， 即

【融合檢測(cè)算法設(shè)計(jì)】對(duì)兩個(gè)頻段下對(duì)應(yīng)檢測(cè)單元的信息依據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行融合， 得到檢測(cè)單元中有無(wú)目標(biāo)的最終判決。

【融合跟蹤算法設(shè)計(jì)】融合器在不同工作狀態(tài)下， 融合跟蹤算法對(duì)傳感器報(bào)告進(jìn)行處理， 估計(jì)目標(biāo)狀態(tài)信息。

雙頻段導(dǎo)引頭信息融合算法流程圖如圖2所示。 該信息融合處理是基于分布式CFAR檢測(cè)原理。 首先通過(guò)分布式CFAR對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè); 將檢測(cè)結(jié)果分別傳輸?shù)礁黝l段信息處理中， 分別估計(jì)目標(biāo)的參數(shù)， 提取目標(biāo)回波特征; 同時(shí)將各頻段信息處理提取的目標(biāo)特征和得到的目標(biāo)參數(shù)送至融合器中， 與目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)中的目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián); 關(guān)聯(lián)的結(jié)果分別進(jìn)行多目標(biāo)跟蹤， 并送至融合器， 選擇目標(biāo)并送出目標(biāo)參數(shù)供飛控系統(tǒng)使用。

本文信息融合的特點(diǎn)： 一是對(duì)兩個(gè)頻段下檢測(cè)到的目標(biāo)和融合器檢測(cè)到的目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行特征提取和參數(shù)估計(jì); 二是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)所用的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)是融合器創(chuàng)建和實(shí)時(shí)更新的。 同時(shí)保留Ka和Ku兩個(gè)頻段完整的信息處理過(guò)程， 其中某頻段受到壓制式干擾情況下能保證目標(biāo)的正常探測(cè)跟蹤， 壓制式干擾在融合器中實(shí)現(xiàn)判斷。

2 融合檢測(cè)算法

并行網(wǎng)絡(luò)分布式檢測(cè)結(jié)構(gòu)如圖3所示， N個(gè)局部傳感器在收到未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)后， 在局部節(jié)點(diǎn)做出局部判決ui， 然后將其送至融合中心， 融合中心依據(jù)某種準(zhǔn)則得到全局的最終判決u0。

本文依據(jù)分布式檢測(cè)融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 采用分布式非參量CFAR融合檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)的融合處理。 非參量分布檢測(cè)器是在分布不確定或者變化的背景噪聲或者雜波包絡(luò)統(tǒng)計(jì)量中進(jìn)行CFAR操作， 提供了不需要關(guān)于背景噪聲或雜波分布的先驗(yàn)假設(shè)檢測(cè)。 非參量檢測(cè)器的基本結(jié)構(gòu)是把雜波或純?cè)肼曒斎霐?shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化成檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量。 該檢測(cè)統(tǒng)計(jì)量與固定檢測(cè)閾值進(jìn)行比較， 獲得關(guān)于背景噪聲或者雜波環(huán)境統(tǒng)計(jì)特性的弱假設(shè)下的恒定虛警概率。

為驗(yàn)證雙頻段信息融合有效性， 對(duì)恒定脈寬及脈沖重復(fù)間隔的Ka和Ku波段回波信號(hào)進(jìn)行仿真， 雙頻段檢測(cè)概率及虛警概率與單一頻段下檢測(cè)的效果如圖4～5所示。 由圖可知， 采用融合檢測(cè)后，

較單一頻段虛警概率降低的同時(shí)檢測(cè)概率提高，? 達(dá)到了融合檢測(cè)的效果。

3 融合跟蹤算法

融合跟蹤算法的基礎(chǔ)是多目標(biāo)跟蹤， 不論是“先跟蹤后融合”還是“先融合后跟蹤”， 都需要各個(gè)傳感器檢測(cè)到多個(gè)目標(biāo)， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信息融合。 本文采用“先跟蹤后融合”的融合跟蹤算法， 如圖6所示。 在各個(gè)波段的信息處理單元中完成最近鄰關(guān)聯(lián)濾波， 將跟蹤濾波結(jié)果輸出到融合器中， 在融合器中進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)， 完成跟蹤融合處理。

雙頻段目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)融合步驟如下：

（1） 導(dǎo)彈發(fā)射后， 制導(dǎo)系統(tǒng)推算目標(biāo)距離和目標(biāo)方向， 決定Ku波段發(fā)射機(jī)開機(jī)時(shí)機(jī)。

（2） 到達(dá)Ku波段作用距離后， Ku波段發(fā)射機(jī)開機(jī)， 根據(jù)導(dǎo)航推算， 對(duì)“裝訂目標(biāo)”進(jìn)行搜索截獲。

（3） 一旦Ku波段完成對(duì)目標(biāo)的截獲證實(shí)， 數(shù)據(jù)融合器啟動(dòng)跟蹤過(guò)程， 輸出制導(dǎo)信息， 導(dǎo)引頭進(jìn)入Ku制導(dǎo)模式。 如果Ku波段無(wú)法完成對(duì)目標(biāo)的截獲驗(yàn)證， 則導(dǎo)引頭始終處于搜索狀態(tài)， 并根據(jù)預(yù)定策略擴(kuò)大搜索區(qū)域。

（4） 如果Ku波段截獲目標(biāo)并處于跟蹤狀態(tài)， 則可以根據(jù)目標(biāo)距離控制Ka波段開機(jī)時(shí)機(jī)， 系統(tǒng)進(jìn)入復(fù)合制導(dǎo)狀態(tài)。

（5） 如果導(dǎo)航系統(tǒng)推算到達(dá)Ka波段開機(jī)時(shí)機(jī)， 而Ku波段仍不能截獲目標(biāo)， 則Ka波段開機(jī)， 兩個(gè)頻段共同搜索目標(biāo)， 提高目標(biāo)截獲概率。

（6） 雙頻段導(dǎo)引頭分布式多目標(biāo)（考慮到雜波與干擾）航跡關(guān)聯(lián)， 獲得匹配航跡對(duì)。

（7） 將獲得關(guān)聯(lián)的雙波段航跡進(jìn)行融合， 與未獲得關(guān)聯(lián)的航跡一起， 送到信息處理機(jī)總控。

4 結(jié) 束 語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了雙頻段雷達(dá)復(fù)合導(dǎo)引信息融合工作流程， 對(duì)Ka和Ku雙頻段信息融合檢測(cè)算法和融合跟蹤算法給出了工程實(shí)現(xiàn)方法，? 并對(duì)提出的融合檢測(cè)算法做了仿真分析， 同時(shí)應(yīng)用雙頻段測(cè)量信息， 在降低虛警率的條件下同時(shí)提高目標(biāo)檢測(cè)概率， 提高導(dǎo)引頭檢測(cè)性能的同時(shí)滿足抗干擾需要， 該算法運(yùn)算量適中， 便于實(shí)際工程應(yīng)用。

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