多源航跡相關(guān)準(zhǔn)則探討

史 鑒 ，吳小強(qiáng)

（1.船舶重工集團(tuán)公司723 所，揚(yáng)州225001 ；2.海軍駐揚(yáng)州723 所軍事代表室，揚(yáng)州225001）

1 概 述

應(yīng)用2 部或2 部以上的空間位置互相分離而覆蓋范圍互有重疊的雷達(dá)對(duì)目標(biāo)實(shí)施探測(cè)時(shí)，便構(gòu)成了雷達(dá)網(wǎng)。多部雷達(dá)、通訊設(shè)備、信息處理設(shè)備、控制設(shè)備等相互連接，對(duì)各部雷達(dá)實(shí)行一定的統(tǒng)一控制和管理，并對(duì)網(wǎng)內(nèi)各部雷達(dá)獲取的信息形成網(wǎng)狀收集與傳遞、綜合顯示、綜合處理，從而就形成一個(gè)統(tǒng)一的有機(jī)整體——雷達(dá)網(wǎng)系統(tǒng)。多部雷達(dá)組成雷達(dá)網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)，能發(fā)揮其更大的優(yōu)勢(shì)。雷達(dá)網(wǎng)系統(tǒng)較之單站雷達(dá)有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：擴(kuò)展探測(cè)的覆蓋空間和時(shí)間，提高雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)率；在重疊的探測(cè)區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)靈敏度能夠提高；具有反隱身能力；綜合抗干擾的性能強(qiáng)；系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)的能力、測(cè)量精度得到改善和提高。

雷達(dá)組網(wǎng)設(shè)計(jì)需要考慮組網(wǎng)雷達(dá)的優(yōu)化配置選擇和布站方式，雷達(dá)和控制設(shè)備之間的時(shí)間同步、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)融合以及組網(wǎng)雷達(dá)之間的整合控制、管理調(diào)度和電磁兼容等問(wèn)題。而多源信息數(shù)據(jù)融合是雷達(dá)組網(wǎng)不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一，數(shù)據(jù)融合技術(shù)指對(duì)來(lái)自多傳感器的原始數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分類(lèi)、互聯(lián)、估計(jì)與綜合，以得到目標(biāo)狀態(tài)，提取有利于做出決策的信息，其目的是獲得一種綜合信息。大致可分為信息提取、數(shù)據(jù)傳輸、信息分類(lèi)、時(shí)空對(duì)準(zhǔn)、航跡相關(guān)、數(shù)據(jù)綜合等幾個(gè)過(guò)程。

本文討論的是兩坐標(biāo)搜索雷達(dá)組網(wǎng)航跡分布式處理方式下，每個(gè)傳感器用自身獲得的數(shù)據(jù)形成目標(biāo)航跡，將各航跡信息和相關(guān)信息提交給數(shù)據(jù)融合中心（DFC）作融合處理，形成雷達(dá)系統(tǒng)目標(biāo)航跡；多傳感器探測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)空校準(zhǔn)后，由于同一目標(biāo)同時(shí)受到多部雷達(dá)的照射，各部雷達(dá)因?yàn)橛^測(cè)角度、觀測(cè)誤差和觀測(cè)時(shí)機(jī)的不同，對(duì)該目標(biāo)觀測(cè)的批號(hào)和觀測(cè)值有所差別。多源航跡相關(guān)就是將來(lái)自多傳感器的各不相同的航跡統(tǒng)一到融合中心的時(shí)間空間基準(zhǔn)上后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對(duì)，確定多條航跡是否為同一目標(biāo)的技術(shù)。

2 航跡相關(guān)需要的信息

各個(gè)雷達(dá)輸出的航跡信息一般包括目標(biāo)的方位、距離、相對(duì)或絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向（也稱(chēng)為目標(biāo)航速、目標(biāo)航向）、航跡質(zhì)量、航跡時(shí)輟、航跡丟失或新建航跡標(biāo)志等，這是航跡相關(guān)的基本數(shù)據(jù)。

設(shè)計(jì)多源雷達(dá)航跡相關(guān)準(zhǔn)則，還應(yīng)該獲知各雷達(dá)的設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)和技術(shù)指標(biāo)，如雷達(dá)處理范圍（工作量程、威力空域）、數(shù)據(jù)率、虛警率、分辨率、適應(yīng)機(jī)動(dòng)過(guò)載的能力、方位距離精度、航向航速精度、航跡時(shí)戳的精度以及航跡質(zhì)量的定義方式等，這是航跡相關(guān)的基本依據(jù)。

應(yīng)該盡量積累雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括雷達(dá)探測(cè)各類(lèi)典型目標(biāo)（各種等速直航運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、加速減速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)動(dòng)目標(biāo)、各種運(yùn)動(dòng)速度目標(biāo)等）和在各種檢測(cè)概率、復(fù)雜電磁環(huán)境下的典型目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)。這些將作為調(diào)整相關(guān)準(zhǔn)則和驗(yàn)證相關(guān)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

此外，應(yīng)確定航跡相關(guān)準(zhǔn)則需達(dá)到的相關(guān)概率，即DFC 對(duì)不同雷達(dá)、同一目標(biāo)探測(cè)輸出的航跡判斷為同一目標(biāo)的概率。

3 航跡相關(guān)流程和相關(guān)條件

3.1 航跡相關(guān)流程

數(shù)據(jù)融合處理中心根據(jù)各雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)，建立融合航跡列表，初始化時(shí)該航跡列表為空。

單部雷達(dá)新建航跡送到融合處理中心，與融合航跡列表在時(shí)間和空間對(duì)準(zhǔn)之后進(jìn)行相關(guān)判別，若滿足初始相關(guān)條件則判為航跡相關(guān)，認(rèn)為是與融合航跡列表中的歷史航跡數(shù)據(jù)為同一批目標(biāo)，進(jìn)行下一步的融合處理；若不滿足初始相關(guān)條件則認(rèn)為是雷達(dá)系統(tǒng)新發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，補(bǔ)充到融合航跡列表，將這個(gè)判別過(guò)程稱(chēng)之為初始相關(guān)。

非新建的航跡也應(yīng)與融合航跡列表中的目標(biāo)進(jìn)行后續(xù)相關(guān)，這是考慮到由于目標(biāo)大機(jī)動(dòng)、異常環(huán)境雜波影響下，可能多部雷達(dá)探測(cè)同一目標(biāo)輸出的航跡不滿足初始相關(guān)條件，與航跡庫(kù)中航跡初始相關(guān)沒(méi)有相關(guān)上，被判為多批目標(biāo)；后期因?yàn)楹桔E比較穩(wěn)定，能夠滿足較為嚴(yán)格的相關(guān)條件，即可判為同一批目標(biāo)的航跡，進(jìn)行下一步融合處理，將這個(gè)處理過(guò)程稱(chēng)之為后續(xù)相關(guān)。

不滿足后續(xù)相關(guān)準(zhǔn)則的非新建的航跡，應(yīng)該已經(jīng)與融合航跡列表中某一目標(biāo)航跡相關(guān)過(guò)，按照批號(hào)相關(guān)條件進(jìn)行相關(guān)判別，滿足條件的仍作為該目標(biāo)的新探測(cè)信息，進(jìn)行下一步融合處理；若不滿足批號(hào)相關(guān)條件，則認(rèn)為是雖然初始相關(guān)上，但實(shí)際為兩批目標(biāo)同步運(yùn)動(dòng)、被誤判為同一批目標(biāo)、現(xiàn)在已經(jīng)分開(kāi)運(yùn)動(dòng)的情況，應(yīng)該判為獨(dú)立的航跡，并將該航跡補(bǔ)充到融合航跡列表中：將這個(gè)處理過(guò)程稱(chēng)之為批號(hào)相關(guān)。航跡相關(guān)的流程如圖1 所示。

圖1 航跡相關(guān)流程示意圖

3.2 雷達(dá)精度與相關(guān)準(zhǔn)則估算

以A、B 兩部雷達(dá)同時(shí)探測(cè)同一目標(biāo)的情況為例。假設(shè)A雷達(dá)建立的航跡與目標(biāo)實(shí)際航跡的誤差X 服從正態(tài)分布X～N，B 雷達(dá)建立的航跡與目標(biāo)實(shí)際航跡的誤差Y 也服從正態(tài)分布Y～，且X，Y 相互獨(dú)立；A、B 兩部雷達(dá)探測(cè)精度均方根誤差均為50 ，系統(tǒng)差為0，一次差分滿足正態(tài)分布。相關(guān)概率欲達(dá)到90%時(shí)，考慮雷達(dá)精度的相關(guān)準(zhǔn)則分析如下。

兩部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)同一目標(biāo)時(shí)，兩者航跡的誤差是X－Y，且X－Y 服從正態(tài)分布，即：

式中：μxy＝μx－μy；σxy2＝σx2＋σy2。

若F（z ）＝0.9 ，即 相 關(guān) 概 率 為9 0% 時(shí) ，91 .21 。

3.3 其他相關(guān)條件

考慮到目標(biāo)的機(jī)動(dòng)，若雷達(dá)建航適應(yīng)的目標(biāo)機(jī)動(dòng)條件最大加速度為a，則在時(shí)間對(duì)準(zhǔn)修正的時(shí)間t內(nèi)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)與等速直線運(yùn)動(dòng)相比，最大相距S＝對(duì)于低速目標(biāo)和高速目標(biāo)，雷達(dá)的航向航速誤差會(huì)有所區(qū)別。同時(shí)航向航速指標(biāo)一般是對(duì)等速直航目標(biāo)而言的，對(duì)于機(jī)動(dòng)目標(biāo)存在較大的測(cè)量誤差。在方位距離滿足相關(guān)條件的前提下，航向航速的相關(guān)條件應(yīng)該放寬，對(duì)于低速目標(biāo)，甚至可以不參考航向航速信息，這樣可以減少誤判。

時(shí)空對(duì)準(zhǔn)過(guò)程中如果利用航跡的航向航速信息，應(yīng)該考慮航向航速誤差引起的位置誤差，并在相關(guān)準(zhǔn)則中進(jìn)行考慮。而雷達(dá)時(shí)戳精度應(yīng)該根據(jù)目標(biāo)速度折算到位置的相關(guān)準(zhǔn)則中。雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)由于需要采樣后進(jìn)行數(shù)字處理，所以必然會(huì)存在量化誤差，相關(guān)條件中應(yīng)根據(jù)量化單元進(jìn)行考慮。

4 航跡相關(guān)準(zhǔn)則

實(shí)際使用時(shí)，航跡相關(guān)條件可以適當(dāng)放開(kāi)，考慮到虛警概率，相關(guān)條件放開(kāi)后誤判為同一批目標(biāo)的概率不大；若2 個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)入，可以依靠雷達(dá)自身的分辨率分辨出2 個(gè)目標(biāo)。

4.1 初始相關(guān)準(zhǔn)則

在雷達(dá)精度指標(biāo)基礎(chǔ)上，考慮相關(guān)精度，結(jié)合量化誤差和目標(biāo)機(jī)動(dòng)的因素，同時(shí)應(yīng)考慮新建航跡的濾波尚未穩(wěn)定，精度略低，將以上誤差因素綜合考慮，設(shè)定方位距離的相關(guān)準(zhǔn)則。同時(shí)判斷若航跡質(zhì)量低時(shí)，準(zhǔn)則可以適當(dāng)放寬或者降低參與數(shù)據(jù)融合處理的權(quán)重。位置相關(guān)的前提下，對(duì)于高速目標(biāo)，防止因?yàn)槟繕?biāo)機(jī)動(dòng)而導(dǎo)致無(wú)法相關(guān)，航向航速誤差范圍可以大大放開(kāi)，對(duì)于低速目標(biāo)應(yīng)該不把航向航速作為相關(guān)條件。

4.2 后續(xù)相關(guān)準(zhǔn)則

后續(xù)相關(guān)是在認(rèn)為2 個(gè)目標(biāo)航跡較為嚴(yán)格地一致時(shí)，將它們判為同一批目標(biāo)。該準(zhǔn)則可不考慮量化誤差、目標(biāo)機(jī)動(dòng)等因素，同時(shí)相關(guān)概率可以適當(dāng)降低，并且對(duì)高速目標(biāo)可適當(dāng)參考航向航速誤差。設(shè)計(jì)時(shí)可以大致按初始相關(guān)條件的60%～80%考慮。

4.3 批號(hào)相關(guān)準(zhǔn)則

這一準(zhǔn)則是防止多批目標(biāo)編隊(duì)運(yùn)動(dòng)，初始相關(guān)判為同一批目標(biāo)后，編隊(duì)散開(kāi)需要判為多批目標(biāo)的情況，批號(hào)相關(guān)的條件可以大大放寬，以雷達(dá)分辨率作為參考，設(shè)計(jì)時(shí)可以大致按初始相關(guān)準(zhǔn)則的200%～500%考慮。

5 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)組網(wǎng)是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在防空、進(jìn)攻作戰(zhàn)中已被廣泛采用的較先進(jìn)的反偵察、反干擾、反摧毀、反隱身技術(shù)措施。由于雷達(dá)組網(wǎng)的使用，在戰(zhàn)場(chǎng)上可以構(gòu)成全方位、立體化、多層次戰(zhàn)斗體系，具有全頻段、多體制、多重疊系數(shù)等技術(shù)性能，大大提高了防空、進(jìn)攻武器的戰(zhàn)術(shù)性能，提高了戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

本文根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，提出了雷達(dá)多源航跡相關(guān)的流程和參考準(zhǔn)則，經(jīng)過(guò)分析初步認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)要求。此外，針對(duì)具體設(shè)備使用時(shí)，設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮航跡處理軟件工作流程、航跡發(fā)送時(shí)機(jī)、航跡質(zhì)量的定義、航跡外推標(biāo)志、徑向速度信息、目標(biāo)回波幅度以及在實(shí)際使用中可參考的其他信息。

雷達(dá)組網(wǎng)，尤其是艦船平臺(tái)下，可以補(bǔ)充利用光學(xué)、電子偵察、衛(wèi)星、敵我識(shí)別等多種傳感手段組網(wǎng)，利用多種傳感手段探測(cè)到的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特征、目標(biāo)成像信息、目標(biāo)視頻信息、電磁特征等可以更準(zhǔn)確可靠地對(duì)觀測(cè)區(qū)域目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，掌握更豐富的目標(biāo)信息，而不同傳感器之間的信息相關(guān)需要對(duì)各傳感器特性進(jìn)行深入研究。

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