某型武控系統(tǒng)目標(biāo)信息融合性能檢驗(yàn)方法研究

(1.中國(guó)人民解放軍 92941部隊(duì)41分隊(duì),遼寧 葫蘆島 125000)(2.中國(guó)人民解放軍 61905部隊(duì),沈陽(yáng) 110000)

0 引言

信息融合又被稱(chēng)作數(shù)據(jù)融合，對(duì)其研究可以追溯到1973年。當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)防部發(fā)起了對(duì)聲納信號(hào)處理系統(tǒng)的資助開(kāi)發(fā)。這說(shuō)明信息融合的概念起源于20世紀(jì)70年代。信息融合技術(shù)是伴隨著軍事需求而發(fā)展起來(lái)的，因此，美國(guó)國(guó)防部從軍事應(yīng)用角度給出信息融合的定義：“把來(lái)自許多傳感器和信息源的數(shù)據(jù)和信息加以聯(lián)合、相關(guān)和組合，以獲得精確的位置估計(jì)和身份估計(jì)以及對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)情況和威脅及重要程度進(jìn)行適時(shí)的完整的評(píng)價(jià)。”基于信息融合技術(shù)在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中的出色表現(xiàn)，美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)了以信息融合為中心的C4I系統(tǒng)，可見(jiàn)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的重視。

本文的目標(biāo)信息融合性能是指雷達(dá)和電子偵查設(shè)備之間的配合使用性能。電子偵查設(shè)備(后面簡(jiǎn)稱(chēng)電偵設(shè)備)的主要功能是向武器系統(tǒng)提供目標(biāo)微波信息。在試驗(yàn)過(guò)程中，電偵設(shè)備出現(xiàn)了偵測(cè)距離近、時(shí)戳異常、目標(biāo)方位角處理方法不當(dāng)、單個(gè)信號(hào)源出現(xiàn)多個(gè)批號(hào)、對(duì)微波丟失后的目標(biāo)信號(hào)保留時(shí)間太長(zhǎng)等問(wèn)題，使得武器系統(tǒng)目標(biāo)信息融合性能檢驗(yàn)成為了靶場(chǎng)試驗(yàn)中迫在眉睫需要解決的問(wèn)題。該問(wèn)題的解決關(guān)系到武器系統(tǒng)融合雷達(dá)和電偵目標(biāo)的性能，即武器系統(tǒng)目標(biāo)信息融合的檢查與驗(yàn)證。對(duì)武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力的生成起到至關(guān)重要的作用[1-3]。

1 武器系統(tǒng)的融合處理

某型武器系統(tǒng)的信息融合處理過(guò)程如下：武器系統(tǒng)收到雷達(dá)目標(biāo)和電子偵察目標(biāo)后，首先判斷兩個(gè)設(shè)備發(fā)送的目標(biāo)是否為同一目標(biāo)，若是同一目標(biāo)，則用雷達(dá)目標(biāo)的位置信息和電子偵察設(shè)備目標(biāo)的微波信息形成一個(gè)包含位置和微波參數(shù)的目標(biāo)信息，在導(dǎo)彈發(fā)射前將該信息裝訂給導(dǎo)彈，若導(dǎo)彈發(fā)射后武器系統(tǒng)就不再給導(dǎo)彈發(fā)送任何信息了。武器系統(tǒng)應(yīng)“具備對(duì)本艦雷達(dá)、電子偵察設(shè)備的目標(biāo)信息進(jìn)行處理和融合的能力”。

2 電偵設(shè)備工作原理

電偵設(shè)備的功能是對(duì)空間中的電磁輻射源的方位、載頻、脈沖寬度、脈沖幅度、脈沖間隔等參數(shù)進(jìn)行偵測(cè)，對(duì)輻射源的敵我屬性、威脅等級(jí)進(jìn)行識(shí)別，對(duì)輻射源形成相關(guān)描述的報(bào)文數(shù)據(jù)，發(fā)送給顯控界面進(jìn)行顯示以及發(fā)送給作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)。電偵設(shè)備從天線(xiàn)探測(cè)接收信號(hào)到輸出目標(biāo)報(bào)文的主要流程為：測(cè)頻測(cè)向天線(xiàn)接收、射頻電路處理、參數(shù)測(cè)量和信號(hào)分選、目標(biāo)威脅識(shí)別判斷、目標(biāo)建批輸出、目標(biāo)報(bào)文數(shù)據(jù)更新。見(jiàn)圖1所示。

圖1 電偵設(shè)備工作流程圖

電偵設(shè)備由一個(gè)360度測(cè)頻天線(xiàn)組件和兩個(gè)180度測(cè)向天線(xiàn)組件完成對(duì)全空域信號(hào)偵收，天線(xiàn)工作時(shí)屬于被動(dòng)接收，不進(jìn)行掃描。設(shè)備工作時(shí)，天線(xiàn)處于實(shí)時(shí)接收狀態(tài)，收到的電磁信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部處理轉(zhuǎn)換成脈沖參數(shù)信息并送到先入先出緩存區(qū)(FIFO)，之后由數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)緩存的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，當(dāng)提取足夠多的數(shù)據(jù)(十個(gè)以上的相同脈沖)之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。信息經(jīng)過(guò)處理送至告警模塊并更新數(shù)據(jù)，最終將數(shù)據(jù)參數(shù)顯示出來(lái)。

電偵設(shè)備對(duì)目標(biāo)建批輸出后，按照2 s一次的數(shù)據(jù)周期對(duì)目標(biāo)的信息進(jìn)行更新。在2 s數(shù)據(jù)周期內(nèi)只要數(shù)據(jù)采集模塊提取到足夠多的數(shù)據(jù)(十個(gè)以上的相同脈沖)就進(jìn)行上報(bào)處理，經(jīng)處理后與建批目標(biāo)的數(shù)據(jù)比對(duì)通過(guò)，就在周期結(jié)束時(shí)刻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，而不需要整個(gè)周期有持續(xù)的微波信息偵收，才輸出更新數(shù)據(jù)[4]。

3 試驗(yàn)仿真方案想定

在軍事領(lǐng)域，想定就是指揮員把作戰(zhàn)意圖形成具體的作戰(zhàn)方案和實(shí)施計(jì)劃。想定成為作戰(zhàn)方案和計(jì)劃，它的出現(xiàn)滿(mǎn)足了作戰(zhàn)需要，能夠做到預(yù)想實(shí)際作戰(zhàn)過(guò)程，是完成指揮作戰(zhàn)，尤其是在真實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下指揮多軍兵種的部隊(duì)作戰(zhàn)和武器裝備必不可少的環(huán)節(jié)[5]。

我軍軍語(yǔ)中定義想定如下：參照訓(xùn)練課題設(shè)想與假定作戰(zhàn)雙方的態(tài)勢(shì)、企圖和作戰(zhàn)發(fā)展的情況等。軍事演習(xí)領(lǐng)域是這一定義針對(duì)的主要對(duì)象，其中包括軍事訓(xùn)練等，通過(guò)設(shè)定想定文書(shū)對(duì)軍事演習(xí)的過(guò)程、目的、范圍等給出說(shuō)明。美軍軍語(yǔ)中解釋想定為：想定是描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)際或假想事件的一種方式，這種描述是分析事件及相關(guān)問(wèn)題的重要組成部分，而這種分析又是以戰(zhàn)斗模型為基礎(chǔ)的[6]。

綜上所述，想定就是基于作戰(zhàn)研究課題、演習(xí)或軍事訓(xùn)練的需求，設(shè)想和假定作戰(zhàn)區(qū)域、作戰(zhàn)背景、初始態(tài)勢(shì)、戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和作戰(zhàn)局勢(shì)進(jìn)展情況等，能夠?yàn)閰⒂?xùn)、參戰(zhàn)對(duì)象提供作業(yè)的條件和環(huán)境，以文書(shū)的形式，把指揮員的作戰(zhàn)決心和作戰(zhàn)意圖轉(zhuǎn)變成為具體的作戰(zhàn)方案和計(jì)劃，出現(xiàn)在各級(jí)、各類(lèi)的軍事活動(dòng)之中[7-10]。

在綜合態(tài)勢(shì)下的武器系統(tǒng)融合處理能力檢查中，想定3個(gè)算法正確性態(tài)勢(shì)、8個(gè)同向目標(biāo)流不同組合態(tài)勢(shì)、4個(gè)遠(yuǎn)距離支援干擾及長(zhǎng)時(shí)間存在的雷達(dá)信號(hào)綜合態(tài)勢(shì)以及4個(gè)角度分辯能力態(tài)勢(shì)，通過(guò)19種復(fù)雜態(tài)勢(shì)對(duì)武器系統(tǒng)融合處理能力進(jìn)行比較全面的考核。

4 試驗(yàn)仿真方案制定

根據(jù)武器系統(tǒng)從空域?qū)稍O(shè)備誤差角范圍內(nèi)的目標(biāo)在空域上充分利用了歷史信息和當(dāng)前信息，在時(shí)域上剔除了長(zhǎng)時(shí)間存在的目標(biāo)信息，在戰(zhàn)術(shù)使用原則上結(jié)合了同向多目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)原則，因此，對(duì)于武器系統(tǒng)融合模型的考核，可從同向目標(biāo)流，遠(yuǎn)距離支援干擾及長(zhǎng)時(shí)間存在的雷達(dá)信號(hào)，以及不同角度的目標(biāo)等4個(gè)要素制定一定的態(tài)勢(shì)，考核武器系統(tǒng)融合模型設(shè)計(jì)原則的實(shí)現(xiàn)正確性[9]?？己朔椒ㄓ校号灻嬖O(shè)備靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。本文重點(diǎn)對(duì)艦面設(shè)備靜態(tài)試驗(yàn)仿真方案進(jìn)行研究。

針對(duì)融合基本數(shù)學(xué)算法驗(yàn)證的仿真方案見(jiàn)表1，針對(duì)同向目標(biāo)流驗(yàn)證的仿真方案見(jiàn)表2，針對(duì)角度分辯率驗(yàn)證的仿真方案見(jiàn)表3，針對(duì)遠(yuǎn)距離支援干擾及長(zhǎng)時(shí)間存在的雷達(dá)信號(hào)剔除驗(yàn)證的仿真方案見(jiàn)表4，以同向目標(biāo)流驗(yàn)證為例給出仿真方案的參數(shù)設(shè)計(jì)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表1 驗(yàn)證融合基本數(shù)學(xué)算法的仿真方案

表2 驗(yàn)證同向目標(biāo)流的仿真方案

續(xù)表

用例仿真方案關(guān)聯(lián)結(jié)果64個(gè)雷達(dá)目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時(shí)間3s,在相同的雷達(dá)目標(biāo)距離時(shí),出現(xiàn)3個(gè)與雷達(dá)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的電子偵察目標(biāo)。3個(gè)電子偵察目標(biāo)與距離近的3個(gè)雷達(dá)目標(biāo)應(yīng)正確關(guān)聯(lián)。74個(gè)雷達(dá)目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時(shí)間3s,在相同的雷達(dá)目標(biāo)距離時(shí),出現(xiàn)2個(gè)與雷達(dá)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的電子偵察目標(biāo)。2個(gè)電子偵察目標(biāo)與距離近的2個(gè)雷達(dá)目標(biāo)應(yīng)正確關(guān)聯(lián)。84個(gè)雷達(dá)目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時(shí)間3s,在相同的雷達(dá)目標(biāo)距離時(shí),出現(xiàn)1個(gè)與雷達(dá)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的電子偵察目標(biāo)。電子偵察目標(biāo)與距離最近的1個(gè)雷達(dá)目標(biāo)應(yīng)正確關(guān)聯(lián)。

表3 驗(yàn)證角度分辯的仿真方案

表4 驗(yàn)證遠(yuǎn)距離支援干擾及長(zhǎng)時(shí)間存在的雷達(dá)信號(hào)的仿真方案

續(xù)表

用例仿真方案關(guān)聯(lián)結(jié)果42個(gè)雷達(dá)目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時(shí)間3s ,對(duì)應(yīng)方位上出現(xiàn)3個(gè)電子偵察目標(biāo),其中一個(gè)電子偵察目標(biāo)為遠(yuǎn)距離干擾目標(biāo)(在雷達(dá)目標(biāo)發(fā)現(xiàn)之前,該電子偵察目標(biāo)已經(jīng)存在)2個(gè)雷達(dá)目標(biāo)與2個(gè)真實(shí)電子偵察目標(biāo)關(guān)聯(lián)

表5 驗(yàn)證同向目標(biāo)流仿真方案的參數(shù)設(shè)計(jì)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

表6 驗(yàn)證同向目標(biāo)流方案仿真結(jié)果記錄表

5 試驗(yàn)仿真方案實(shí)施

艦面設(shè)備靜態(tài)檢查試驗(yàn)是由電子偵察設(shè)備模擬器和雷達(dá)模擬器發(fā)送模擬單目標(biāo)信息或復(fù)雜態(tài)勢(shì)目標(biāo)信息，武器系統(tǒng)接收后進(jìn)行融合處理，并將融合處理后的結(jié)果裝訂給筒彈模擬器[9]。利用錄取設(shè)備錄取到的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行比對(duì)分析，通過(guò)檢查武器系統(tǒng)接收到的目標(biāo)信息與電子偵察設(shè)備模擬器發(fā)送的目標(biāo)信息一致性，能夠考核接口的正確性；通過(guò)檢查經(jīng)融合處理后給導(dǎo)彈裝訂的信息是否正確，能夠考核傳輸、裝訂通路和融合算法正確性；通過(guò)檢查融合在一起的目標(biāo)數(shù)量等信息是否與預(yù)定的態(tài)勢(shì)一致，能夠考核綜合態(tài)勢(shì)下的武器系統(tǒng)融合處理能力。同樣，以驗(yàn)證同向目標(biāo)流方案為例，按照其仿真方案實(shí)施后得到仿真結(jié)果如表6所示。

6 結(jié)論

本文根據(jù)設(shè)定的19種復(fù)雜態(tài)勢(shì)，制定了艦面設(shè)備靜態(tài)檢查仿真方案包括融合基本數(shù)學(xué)算法驗(yàn)證的仿真方案、同向目標(biāo)流驗(yàn)證的仿真方案、角度分辯率驗(yàn)證的仿真方案和遠(yuǎn)距離支援干擾及長(zhǎng)時(shí)間存在的雷達(dá)信號(hào)剔除驗(yàn)證的仿真方案。試驗(yàn)方案實(shí)施后的結(jié)果表明，按照仿真試驗(yàn)方案正確輸入雷達(dá)目標(biāo)信息和電偵設(shè)備目標(biāo)信息，武控融合關(guān)聯(lián)情況與評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)一致，達(dá)到了檢查與驗(yàn)證武控系統(tǒng)信息融合準(zhǔn)則和數(shù)據(jù)模型正確性的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)某型武控系統(tǒng)目標(biāo)信息融合性能的考核。