多雷達(dá)組網(wǎng)與協(xié)同探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

齊崇英 賀峰 陳超

摘 要：瞄準(zhǔn)未來強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)任務(wù)需求，開展了多雷達(dá)組網(wǎng)與協(xié)同探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究。首先，介紹了雷達(dá)網(wǎng)作戰(zhàn)能力需求，其次，在雷達(dá)網(wǎng)傳統(tǒng)樹狀層級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，給出新的雷達(dá)網(wǎng)分布式網(wǎng)絡(luò)化體系架構(gòu)，最后，研究了雷達(dá)網(wǎng)信息分發(fā)共享、情報(bào)融合處理、自主協(xié)同探測(cè)、系統(tǒng)反饋控制等關(guān)鍵技術(shù)。研究成果有助于促進(jìn)多雷達(dá)組網(wǎng)理念更新與領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，為推動(dòng)雷達(dá)裝備和情報(bào)系統(tǒng)的迭代升級(jí)提供思路。

關(guān)鍵詞：多雷達(dá)組網(wǎng);體系架構(gòu);協(xié)同探測(cè)

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2023.06.007

Research on key technology of multi-radar network and cooperative detection

QI Chongying， HE Feng， CHEN Chao

（Academy of Air Force，Beijing 100085， China）

Abstract：In this paper， the key technologies of multi-radar network and cooperative detection are studied in order to meet the urgent needs of radar network operations in the future strong countermeasure environment. Firstly， the operational capability requirements of radar network are introduced. Secondly， based on the traditional tree hierarchical structure of radar network， the new distributed network architecture is given. Finally， the key technologies of radar network information distribution and sharing， intelligence fusion processing， autonomous cooperative detection and system feedback control are studied. This paper will promote the updating of the concept and the development of the domain technology of the multi-radar network， and will promote the iterative upgrading of radar equipment and intelligence systems.

Key words：multi-radar network; architecture; cooperative detection

收稿日期：2023-04-06

修回日期：2023-06-02

*基金項(xiàng)目：國防科技卓越青年科學(xué)基金（2020-JCJQ-ZQ-006）

作者簡介：齊崇英（1978—），男，博士，高級(jí)工程師，研究領(lǐng)域?yàn)槎嘣葱畔⑷诤?、多傳感器協(xié)同探測(cè)。

賀 峰（1981—），男，博士。

雷達(dá)是國家空天預(yù)警體系的主體，是獲取空天目標(biāo)實(shí)時(shí)信息的主要力量。譜系、型號(hào)多樣的雷達(dá)裝備，有效擔(dān)負(fù)了國家空天安全預(yù)警監(jiān)控職能。然而，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，高隱身、超低空、強(qiáng)機(jī)動(dòng)、超聲速等新的空天目標(biāo)不斷出現(xiàn)，單雷達(dá)難以有效應(yīng)對(duì)各種目標(biāo)威脅，更難以滿足對(duì)目標(biāo)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、穩(wěn)定跟蹤與精準(zhǔn)識(shí)別的需求。為此，多雷達(dá)組網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，其利用通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，將一定區(qū)域內(nèi)配置的多部不同體制、不同型號(hào)的雷達(dá)進(jìn)行分布式部署和網(wǎng)絡(luò)化集成，從而構(gòu)成新的網(wǎng)絡(luò)化裝備，產(chǎn)生新的體系作戰(zhàn)效能。由此看出，多雷達(dá)組網(wǎng)是一種過程或行動(dòng)，更強(qiáng)調(diào)從作戰(zhàn)需求、技戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用上將多部雷達(dá)進(jìn)行體系集成，最終構(gòu)成物理形態(tài)上由雷達(dá)裝備、通信網(wǎng)絡(luò)、情報(bào)處理系統(tǒng)等組成的雷達(dá)網(wǎng)。

當(dāng)前，多雷達(dá)組網(wǎng)受到普遍關(guān)注，領(lǐng)域技術(shù)得到蓬勃發(fā)展，但仍存在體系架構(gòu)落后，雷達(dá)裝備間自主協(xié)同能力弱，精細(xì)化管控水平低等問題，難以適應(yīng)瞬息萬變的空戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，更不能適應(yīng)強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下軟殺傷、硬摧毀時(shí)自我生存能力的需要。針對(duì)上述問題，本文開展了多雷達(dá)組網(wǎng)能力需求、新的分布式網(wǎng)絡(luò)化體系架構(gòu)以及多雷達(dá)組網(wǎng)與協(xié)同探測(cè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)研究，以期促進(jìn)多雷達(dá)組網(wǎng)理念更新與領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)雷達(dá)裝備和情報(bào)系統(tǒng)的迭代升級(jí)。

1 多雷達(dá)組網(wǎng)能力需求

信息化、智能化條件下，空中目標(biāo)向“高快隱”和“低慢小”兩極化發(fā)展，單一雷達(dá)難以完成復(fù)雜背景下的探測(cè)任務(wù)，為進(jìn)一步提高對(duì)目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)跟蹤能力^［1］，延長威脅預(yù)警時(shí)間，適應(yīng)強(qiáng)對(duì)抗條件下對(duì)雷達(dá)網(wǎng)不間斷、高質(zhì)量、強(qiáng)韌性的情報(bào)保障需求，要求多雷達(dá)組網(wǎng)^［2］具備以下能力。

1）更廣的探測(cè)覆蓋空間

為實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的盡遠(yuǎn)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，要求雷達(dá)網(wǎng)中不同體制、不同型號(hào)、不同頻段的雷達(dá)按一定原則分散部署^［3］，相鄰雷達(dá)的探測(cè)包絡(luò)能在空域上相互銜接，頻域上參差交錯(cuò)，從而形成更廣闊的空域覆蓋和頻域覆蓋。

2）更高的目標(biāo)檢測(cè)能力

“高快隱”和“低慢小”目標(biāo)使雷達(dá)網(wǎng)面臨較大的威脅，通過不同頻段、不同體制、不同部署位置的雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的共視探測(cè)^［4-5］，雷達(dá)網(wǎng)能夠比單雷達(dá)提供更多的目標(biāo)發(fā)現(xiàn)機(jī)會(huì)，從而提高目標(biāo)檢測(cè)概率。

3）更穩(wěn)定的目標(biāo)跟蹤能力

雷達(dá)網(wǎng)充分利用多部雷達(dá)的點(diǎn)航跡數(shù)據(jù)，能夠進(jìn)行航跡快速起始，縮短融合航跡更新周期。通過交互多模型（IMM）算法，提高系統(tǒng)對(duì)各類運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的快速響應(yīng)和跟蹤能力，采用序貫濾波融合縮小融合航跡點(diǎn)間隔，進(jìn)一步提升目標(biāo)跟蹤精度。

4）更強(qiáng)的抗擾頑存能力

為應(yīng)對(duì)電磁干擾和反輻射導(dǎo)彈威脅，不同體制、不同頻段的雷達(dá)交錯(cuò)配置，構(gòu)成有機(jī)統(tǒng)一的雷達(dá)網(wǎng)，其頻率、波形、脈寬、重復(fù)頻率、極化方式各異，可迫使對(duì)方干擾能量分散，增加其偵察、分選、干擾的難度，從而提高雷達(dá)網(wǎng)抗擾頑存能力。

2 雷達(dá)網(wǎng)體系架構(gòu)

2.1 傳統(tǒng)樹狀層級(jí)架構(gòu)

受“平臺(tái)中心戰(zhàn)”思想影響，傳統(tǒng)雷達(dá)網(wǎng)主要為樹狀層級(jí)結(jié)構(gòu)，以戰(zhàn)役級(jí)雷達(dá)單位為例，情報(bào)信息自下而上報(bào)送，作戰(zhàn)指揮命令自上而下施行，如圖1所示。

這種體系架構(gòu)存在三方面問題：一是網(wǎng)內(nèi)各雷達(dá)獨(dú)立執(zhí)行預(yù)警探測(cè)任務(wù)，戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取主要由各探測(cè)器獨(dú)自完成，相互間缺少情報(bào)共享與橫向協(xié)同，未充分發(fā)揮多雷達(dá)組網(wǎng)優(yōu)勢(shì);二是各雷達(dá)統(tǒng)一受控于上級(jí)單位，作戰(zhàn)中的“觀察—判斷—決策-行動(dòng)”這一過程需要指揮員自上而下地進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮，指揮效能低下;三是多層級(jí)間為節(jié)點(diǎn)式架構(gòu)，體系抗毀性差，無法適應(yīng)強(qiáng)對(duì)抗環(huán)境下的未來戰(zhàn)爭。

2.2 分布式網(wǎng)絡(luò)化體系架構(gòu)

為建立高效統(tǒng)一的情報(bào)共享與協(xié)同機(jī)制，基于“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”思想，構(gòu)建新的分布式網(wǎng)絡(luò)化體系架構(gòu)，以戰(zhàn)術(shù)級(jí)雷達(dá)單位為例，其架構(gòu)如圖2所示。

由圖2可以看出，雷達(dá)單位內(nèi)部構(gòu)建集中與分散相結(jié)合的系統(tǒng)架構(gòu)，所屬雷達(dá)裝備既直接受控于上級(jí)任務(wù)單位，雷達(dá)裝備間又可根據(jù)作戰(zhàn)需求進(jìn)行靈活的任務(wù)分組，任務(wù)組內(nèi)各雷達(dá)間可共享情報(bào)與自主協(xié)同。同理，上一層級(jí)的不同雷達(dá)單位之間也采用類似架構(gòu)，形成上一層級(jí)集中與分散相結(jié)合的分布式體系架構(gòu)。在分布式體系架構(gòu)下，根據(jù)空情態(tài)勢(shì)、目標(biāo)威脅程度、雷達(dá)工作狀態(tài)等，多雷達(dá)間可自動(dòng)進(jìn)行情報(bào)分發(fā)共享、基于規(guī)則實(shí)現(xiàn)相互協(xié)同引導(dǎo)、基于任務(wù)實(shí)現(xiàn)裝備的集中管控。

3 雷達(dá)網(wǎng)協(xié)同探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信息分發(fā)共享

分布式、網(wǎng)絡(luò)化體系架構(gòu)下，可建立網(wǎng)內(nèi)多雷達(dá)間的情報(bào)共享機(jī)制。當(dāng)一部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，根據(jù)雷達(dá)所屬單位及目標(biāo)所處位置，自動(dòng)向上級(jí)雷達(dá)單位及目標(biāo)責(zé)任區(qū)單位共享情報(bào)數(shù)據(jù)，并向未探測(cè)到目標(biāo)的友鄰雷達(dá)發(fā)送協(xié)同引導(dǎo)信息。此方式可直接由傳感器源頭進(jìn)行信息的分發(fā)共享，避免了由上級(jí)處理單元進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)帶來的信道帶寬占用多，服務(wù)器節(jié)點(diǎn)壓力大等問題。信息分發(fā)共享流程如下：

1）雷達(dá)A搜索發(fā)現(xiàn)空中目標(biāo)，判斷目標(biāo)位置處于哪個(gè)單位的責(zé)任區(qū)，以及周邊可探測(cè)雷達(dá)情況;

2）根據(jù)情報(bào)共享機(jī)制，雷達(dá)A上報(bào)情報(bào)至直屬上級(jí)單位及目標(biāo)責(zé)任區(qū)的單位，并向有探測(cè)能力的雷達(dá)B共享情報(bào);

3）雷達(dá)B根據(jù)雷達(dá)A的目標(biāo)指示信息，調(diào)整雷達(dá)工作模式及探測(cè)扇區(qū)，及早截獲目標(biāo);

4）上級(jí)單位或友鄰責(zé)任區(qū)單位的情報(bào)處理單元匯集目標(biāo)探測(cè)信息，進(jìn)行多雷達(dá)情報(bào)融合處理，從而獲取目標(biāo)精確位置參數(shù)信息。

3.2 情報(bào)融合處理

1）目標(biāo)融合編批

情報(bào)處理單元接收多部雷達(dá)上報(bào)的點(diǎn)跡或航跡信息，對(duì)上報(bào)信息進(jìn)行時(shí)空一致性校準(zhǔn)、多雷達(dá)點(diǎn)航跡相關(guān)、航跡起始、濾波估計(jì)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的連續(xù)穩(wěn)定跟蹤。各情報(bào)處理單元按照事先分配的航跡批號(hào)段，采用“先發(fā)現(xiàn)，先編批”原則，按照流水號(hào)順序?qū)δ繕?biāo)依次編批。

2）統(tǒng)一態(tài)勢(shì)生成

情報(bào)處理單元按責(zé)任區(qū)職責(zé)報(bào)告目標(biāo)融合航跡，相鄰情報(bào)處理單元共享融合航跡態(tài)勢(shì)，后發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的情報(bào)處理單元沿用目標(biāo)原始批號(hào)，并對(duì)下級(jí)的傳感器處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行目標(biāo)統(tǒng)批，確保全網(wǎng)分布式、多層級(jí)系統(tǒng)間目標(biāo)態(tài)勢(shì)一致。

3.3 自主協(xié)同探測(cè)

1）協(xié)同規(guī)則構(gòu)建

多雷達(dá)自主協(xié)同探測(cè)^［6-7］是為了合理地分配雷達(dá)任務(wù)，擴(kuò)展探測(cè)區(qū)域的空間和時(shí)間覆蓋范圍，提高對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)和連續(xù)跟蹤能力。自主協(xié)同探測(cè)的關(guān)鍵是制定合適的協(xié)同運(yùn)用規(guī)則，即在目標(biāo)特性庫和多雷達(dá)能力模型基礎(chǔ)上，建立一組雷達(dá)裝備選配方式和裝備工作指令集，形成系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別使用的算法策略。表1列舉了多雷達(dá)間任務(wù)級(jí)協(xié)同的規(guī)則。

針對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)、隱身目標(biāo)、低慢小目標(biāo)及干擾目標(biāo)，在各型雷達(dá)均能探測(cè)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的情況下，表1的協(xié)同規(guī)則集對(duì)多雷達(dá)探測(cè)任務(wù)進(jìn)行合理區(qū)分，實(shí)現(xiàn)不同頻段、不同體制雷達(dá)的優(yōu)化組合，從而完成雷達(dá)網(wǎng)對(duì)目標(biāo)的合理精準(zhǔn)探測(cè)。

2）協(xié)同探測(cè)機(jī)理

通常，任務(wù)開始前，雷達(dá)網(wǎng)會(huì)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，生成雷達(dá)網(wǎng)探測(cè)預(yù)案。實(shí)際作戰(zhàn)過程中，空戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)復(fù)雜多變，需要根據(jù)實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)對(duì)網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)進(jìn)行有效的指揮控制。為提升指揮控制的時(shí)效性、精準(zhǔn)性及智能化程度，需要由協(xié)同規(guī)則引擎實(shí)時(shí)解算上述多雷達(dá)協(xié)同規(guī)則，自動(dòng)進(jìn)行任務(wù)級(jí)或參數(shù)級(jí)的協(xié)同控制，其工作原理如圖3所示。

由圖3可以看出，基于任務(wù)和空戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)，在多雷達(dá)信息分發(fā)共享基礎(chǔ)上，多雷達(dá)網(wǎng)可自主進(jìn)行多雷達(dá)間的任務(wù)級(jí)協(xié)同或參數(shù)級(jí)管控，從而縮短雷達(dá)網(wǎng)自身的 “觀察-判斷-決策-行動(dòng)”（OODA）循環(huán)周期，提升多雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)效能。

3.4 系統(tǒng)反饋控制

1）情報(bào)質(zhì)量監(jiān)控

多雷達(dá)組網(wǎng)的目的是為了得到更優(yōu)的情報(bào)，因此，需要建立合理的情報(bào)質(zhì)量監(jiān)控指標(biāo)體系^［8］，實(shí)時(shí)監(jiān)控融合情報(bào)質(zhì)量，并給出及時(shí)的告警提示。不同于情報(bào)質(zhì)量的事后評(píng)估分析，此處更為關(guān)注實(shí)時(shí)目標(biāo)的要素完整性（如是否由目標(biāo)屬性、機(jī)型、架數(shù)、二次代碼）、高度可靠性（如目標(biāo)是否由三坐標(biāo)雷達(dá)、測(cè)高雷達(dá)掌握）、位置準(zhǔn)確性和航跡連續(xù)性（如目標(biāo)輔站數(shù)量、輔站類別）等，以便根據(jù)監(jiān)控信息和告警，提示值班人員進(jìn)行相應(yīng)處置，或根據(jù)系統(tǒng)管控規(guī)則，適時(shí)調(diào)整網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)裝備或系統(tǒng)工作狀態(tài)。

2）閉環(huán)反饋控制

融合情報(bào)質(zhì)量與雷達(dá)、系統(tǒng)工作狀態(tài)密切相關(guān)，本文基于實(shí)時(shí)情報(bào)質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果、融合模型算法、雷達(dá)控制規(guī)則等，建立情報(bào)處理系統(tǒng)與雷達(dá)裝備的閉環(huán)反饋控制模型，其信息交互內(nèi)容與反饋控制關(guān)系如圖4所示。

由圖4可以看出，系統(tǒng)根據(jù)情報(bào)質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果，可向值班人員及時(shí)反饋目標(biāo)漏批、混批及機(jī)型、架數(shù)等情況，提示戰(zhàn)勤人員進(jìn)行相應(yīng)處置。系統(tǒng)自動(dòng)生成點(diǎn)航融合控制指令，修正融合模型及算法參數(shù)，提升融合航跡質(zhì)量。根據(jù)網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)工作狀態(tài)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)控雷達(dá)及附屬設(shè)備工作模式、狀態(tài)參數(shù)、抗干擾措施等。常見雷達(dá)管控規(guī)則包括：

1）根據(jù)情報(bào)質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果，控制無源雷達(dá)、二次雷達(dá)、III型詢問機(jī)等開關(guān)機(jī)，提高目標(biāo)識(shí)別能力和要素完整性;

2）增開三坐標(biāo)雷達(dá)、測(cè)高雷達(dá)，提升目標(biāo)高度的可靠性和準(zhǔn)確性;

3）根據(jù)“低慢小”目標(biāo)特點(diǎn)，調(diào)整雷達(dá)的工作模式、檢測(cè)門限、天線轉(zhuǎn)速與俯仰等參數(shù)，改善對(duì)目標(biāo)的探測(cè)跟蹤效果;

4）根據(jù)隱身目標(biāo)特點(diǎn)，調(diào)整雷達(dá)工作模式、上報(bào)點(diǎn)跡區(qū)域、檢測(cè)門限、工作頻率、極化方式等，更好地獲取低可探測(cè)目標(biāo)的有效點(diǎn)跡;

5）根據(jù)目標(biāo)的機(jī)動(dòng)狀態(tài)，調(diào)整雷達(dá)的檢測(cè)門限、天線轉(zhuǎn)速等，提高對(duì)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤率。

4 結(jié)束語

為充分發(fā)揮多雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)效能，本文在研究多雷達(dá)組網(wǎng)能力需求基礎(chǔ)上，提出了集中與分散相結(jié)合的分布式網(wǎng)絡(luò)化雷達(dá)網(wǎng)體系架構(gòu)，開展了雷達(dá)網(wǎng)信息分發(fā)共享，情報(bào)融合處理，自主協(xié)同探測(cè)，系統(tǒng)反饋控制等關(guān)鍵技術(shù)研究。研究表明，通過末端多雷達(dá)間的扁平化組網(wǎng)、情報(bào)共享、橫向自主協(xié)同與反饋控制，可使原分散部署、獨(dú)立使用的雷達(dá)裝備一體化組網(wǎng)運(yùn)用，大幅提升雷達(dá)網(wǎng)體系探測(cè)效能和融合情報(bào)質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：張培培）