基于HLA的火控雷達網融合控制系統仿真研究

李成玉,杜偉明,彭建怡,張文泉

（1.武漢軍械士官學校光電裝備系，湖北 武漢 470035；2.武漢軍械士官學校雷達系，湖北 武漢 470035）

基于HLA的火控雷達網融合控制系統仿真研究

李成玉1,杜偉明2,彭建怡1,張文泉1

（1.武漢軍械士官學校光電裝備系，湖北 武漢 470035；2.武漢軍械士官學校雷達系，湖北 武漢 470035）

為提高火控雷達的戰場生存能力，研究通過組網技術降低雷達信號截獲概率的方法。根據設定作戰場景，介紹火控雷達網的工作過程，給出融合控制系統的結構及動態執行過程，設計基于高層體系結構的火控雷達網融合控制系統仿真軟件，以此作為平臺驗證火控雷達組網理論的正確性。最后，通過RTI平臺進行仿真實驗，結果表明：仿真系統可以有效模擬火控雷達網的數據融合處理和雷達參數控制，組網系統能夠延長火控雷達被敵方偵察系統的截獲時間。

火控雷達；雷達組網；高層體系結構；仿真；RTI平臺

0 引言

對于火控雷達來說，對目標的連續可靠跟蹤是其最基本的使命，也是相關武器系統完成后續戰術任務的基本保證[1]。但是，由于雷達采用持續照射的方式，火控雷達信號極易被電子偵察設備截獲和定位，從而引導武器系統對火控雷達進行摧毀，這嚴重影響著火控雷達的戰場生存能力。

我國有大量的現役火控雷達裝備，一方面在技術上缺少有效的對抗反輻射武器的技術措施；另一方面在戰術上缺少有效的對抗反輻射武器的運用手段[2]。這種狀況使得當前我國現役火控雷達對抗反輻射武器的能力非常有限，在面對反輻射武器的攻擊時難以保證自身的安全。雷達組網系統通過利用信息的冗余性和互補來克服單部雷達的不足，可以實現系統內情報資源的共享，完成對每部雷達的實時指揮控制，增加實戰的可靠性[3-4]。國內對雷達組網的研究集中在防空警戒雷達，國外的研究相對成熟，但是由于保密等原因，技術資料比較匱乏。

因此，如何采用科學有效的方法對火控雷達網的作戰效果進行評估是一個亟待解決的問題。高層體系結構（high level architecture，HLA），是一種開放

的、面向對象的體系結構，在軍事領域的應用越來越廣泛[5]。本文基于HLA的技術特點，設計了火控雷達網的融合控制系統，用于仿真火控雷達網工作參數的控制過程，并對火控雷達網在電子對抗中的作戰性能進行評估，從而驗證火控雷達組網理論的合理性。研究成果可以為現役火控雷達有效地對抗各類反輻射武器（包括反輻射導彈、反輻射無人機及電子偵察機等）提供理論支持，對提高現役火控雷達整體的生存能力和作戰效能有重要的軍事價值和實際意義。

1 火控雷達網工作原理

火控雷達組網系統由M部火控雷達和一個融合控制中心組成，每部雷達的工作狀態和工作參數都由融合控制中心進行統一控制和協調，各部火控雷達通過通信鏈路實現與融合控制中心之間的信息傳遞，以此保證多雷達間的數據共享。任一時刻只有一部雷達處于輻射工作狀態，其余雷達進行靜默跟蹤。當此雷達停止工作后，由融合控制中心選擇另一部雷達繼續工作[6]。

如圖1所示，假設在k時刻火控雷達j（j=1，2，…，M）處于間歇輻射工作狀態，其余雷達處于靜默跟蹤狀態。雷達j將其對目標的實時跟蹤測量數據送到數據融合控制，融合控制中心根據雷達的測量數據對目標的運動軌跡進行濾波和預測。處理后的數據一方面送到相關武器系統，供火力打擊使用；另一方面送到其余處于間歇狀態的雷達，供其天線調整以完成對目標的靜默跟蹤。跟蹤精度評估環節和低截獲性能評估環節則分別對當前的跟蹤精度和當前的低截獲性能進行計算和評估。通過對當前跟蹤精度的計算，采用自適應脈沖間隔策略選擇下一時刻的最優脈沖間隔，間歇輻射控制環節根據該參數控制雷達j的脈沖發射間隔。同時，通過對雷達低截獲性能的評估控制交替選通信號，以選擇下一時刻工作的雷達。當雷達j停止工作后，通過交替選通信號的控制選擇雷達j+1間歇工作以繼續跟蹤目標。以此循環，各雷達在融合控制的協同控制下，共同完成對目標的交替間歇式跟蹤。

圖1 火控雷達網交替間歇式目標跟蹤過程示意圖

2 作戰場景想定

以3部火控雷達網為例構建仿真系統，想定場景如圖2所示。

圖2 仿真系統想定場景

防御方的防空系統由警戒雷達、火控雷達和防空武器等組成，進攻方的戰斗機對防御方的雷達進行探測定位。當戰斗機處于防空系統中警戒雷達的探測范圍內，而處于火控雷達探測范圍之外時，火控雷達不工作，由警戒雷達對戰斗機進行前期的警戒跟蹤，并為火控雷達提供偵察機的粗略位置信息。當戰斗機進入防空系統中火控雷達的探測范圍時，火控雷達突然開機工作，依據警戒雷達提供的偵察機位置信息，在較短時間內完成對戰斗機的穩定跟蹤，同時為防空武器提供精確的戰斗機位置信息，供其火力攔截?；鹂乩走_開機工作之后，戰斗機的偵察系統在告警系統的觸發下迅速對火控雷達信號進行搜索、識別、截獲和分析，以獲得火控雷達各項工作參數，對雷達進行定位，進而發射反輻射導彈對雷達進行火力摧毀。為了避免防空火控雷達信號在短時間內被戰斗機截獲，融合控制中心控制火控雷達網，采用交替間歇輻射的工作方式完成對目標的連續跟蹤。在保證火控雷達對偵察機精確跟蹤的同時，盡量延長偵察機對雷達定位所需的時間，從而完成防空武器系統對偵察機的有效打擊。

3 仿真系統設計

火控雷達網間歇式目標跟蹤原理如圖3所示。具體工作過程為：由目標模塊產生目標模擬運動航跡，融合控制中心模塊通過雷達工作參數的設定來選擇處于工作狀態的雷達，并通過對脈沖重復周期

的選擇來控制雷達的輻射狀態。雷達進行間歇工作獲得目標測量數據，將測量數據傳送到融合控制中心模塊進行數據融合、跟蹤濾波等處理，并根據處理結果選擇下一時刻雷達的工作參數，以控制雷達工作，如此循環進行，交替選擇組網系統內的火控雷達進行間歇工作，以實現對目標的連續跟蹤。同時，將處理結果傳送到效能評估模塊，效能評估模塊將這些數據和來自目標模塊的雷達信號截獲判定、目標真實航跡等數據進行一系列處理，對系統的整體性能進行評估。

融合控制成員對組網雷達融合控制中心的功能進行仿真。訂購雷達成員生成的量測數據信息，通過融合處理，生成目標的位置信息和雷達網跟蹤精度，并對雷達下一個周期的工作參數進行調整，向雷達成員公布目標位置、脈沖寬度、工作頻率、開關機信號、雷達信號形式等。對融合控制成員進行類劃分，將具有相同屬性的方法提取出來，并對類與類之間的關系進行分析，可分為以下8類。

圖3 火控雷達網工作原理圖

RTI基類：此類主要提供運行支撐環境（run-time infrastructure，RTI）的基本服務，包括聯邦管理、聲明管理、對象管理、時間管理、所有權管理和數據分發管理等功能。聯邦管理是指對一個聯邦執行的創建、動態控制、修改和刪除的過程。聲明管理是為聯邦成員提供類層次上的表達（公布或訂購）機制，在HLA中，聯邦成員通過聲明管理服務向聯邦表明自己可以公布或需要訂購的對象類和交互類[7]。對象管理是在聲明管理的基礎上，實現對象實例的注冊/發現、屬性值的更新/反射、交互實例的發送/接收以及對象實例的刪除/移走等功能。時間管理的主要任務是使仿真世界中事件發生的順序與真實世界中事件發生的順序一致。仿真運行過程中，聯邦成員和RTI將利用所有權管理服務來轉移實例屬性的所有權，在聯邦執行生命周期的任一時刻，一個實例屬性最多只能被一個聯邦成員擁有，只有唯一擁有實例屬性所有權的聯邦成員才有權更新該實例屬性的值[8-10]。數據分發管理是在實例屬性層次上增強聯邦成員精簡數據需求的能力，減少仿真運行過程中無用數據的傳輸和接收，提高仿真運行的效率。

RTI接口類：此類是RTI基類的派生類，負責實現聯邦的具體創建工作，成員通過回調接口函數，使用RTI提供的服務。RTI接口的工作主要在仿真線程中進行，其中主要包括創建并加入聯邦、聲明公布/訂購關系、注冊對象實例、請求時間推進、更新和反射對象屬性值、發送和接收交互、退出聯邦等。

融合控制類：實現了數據的融合處理和雷達工作參數的控制。如對3部雷達的測量數據進行融合，估計偵察機對雷達信號的截獲概率和當前的目標跟蹤精度，計算出下一時刻的雷達最優脈沖間隔，控制雷達的工作時間。

數據公布類：實現了對數據的公布，即表明要公布的數據類型、數據長度等，并對數據進行更新等。

數據訂購類：實現了對數據的訂購，即表明要訂購的對象、數據類型、數據長度等，并對數據進行更新等。

文件管理類：實現了對數據的記錄，負責創建文件，將數據寫入文件，完成讀取文件、修改文件、格式轉換和刪除文件等功能。

顯示類：實現了對數據的實時顯示，如目標三坐標位置、斜距、俯仰角、方位角、雷達脈沖間隔和系統工作時間等。

定時器類：實現了數據處理和更新過程中的定時功能，如啟動時鐘、停止時鐘等，負責仿真進程的開始和停止。

順序圖主要描述系統各組成部分之間交互的次序，展示了對象之間的動態協作關系[11]。使用順序圖，可以描述執行特定用例，會觸發哪些交互，以及這些交互以何種次序發生。融合控制成員從整個仿真系統的啟動開始，工作流程如下：

圖4 控制成員順序圖

（1）運行融合控制程序，點擊“加入聯邦”，通過調用RTI接口函數使用RTI的聲明管理、對象管理函數，將該成員加入到仿真系統中，等待開始仿真的指令。

（2）開始仿真，進入主線程，通過調用RTI接口函數使用RTI的數據分發管理服務，訂購其他聯邦成員的數據。

（3）對訂購的數據進行融合處理，通過調用RTI接口函數使用RTI的數據分發管理服務，把數據公布給其他聯邦成員。

（5）收到停止仿真命令后停止仿真進程，融合控制成員退出聯邦。

根據以上的操作流程創建順序圖如圖4所示，該圖顯示了仿真流程融合控制成員運行的動態過程。

4 仿真分析

通?；鹂乩走_對目標的跟蹤距離相對較近，對于高速運動的反輻射導彈載機來說，在有限的跟蹤距離內，持續跟蹤時間不會太長。因此，在仿真過程中設定目標跟蹤時間為t=100s。將開發的軟件加入到火控雷達網仿真聯邦中，在仿真過程中存儲對目標的測量值和濾波值進行存儲，并實時計算出3部雷達的截獲概率，都保存到文本文檔中。

仿真結束后，調用Matlab讀取存儲的文本，畫出目標的測量軌跡和濾波軌跡，如圖5所示。可以看出，組網系統能夠準確地對目標進行跟蹤。

圖5 測量軌跡和濾波軌跡

3部雷達的截獲概率如圖6所示。由圖可知，組網系統在有效的跟蹤目標時，能夠延長雷達被敵方偵察系統截獲的時間，提高了先敵發現目標的概率，給指揮高炮對敵方目標進行打擊提供了充足的時間。

圖6 截獲概率

5 結束語

火控雷達在跟蹤敵方目標時必須要盡量延長被偵察系統截獲的時間，在敵方發射反輻射導彈攻擊之前指揮高炮對目標進行打擊。本文研究了3部火控雷達組網系統交替輻射的原理，并開發了基于高層體系結構的融合控制系統，仿真結果證明了該方法的有效性。由于戰場環境的復雜性，如何進一步優化組網結構，更好地發揮組網優勢，實現與反輻射武器的對抗有待深入研究。

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對于一般嵌入式應用，若設tmul=0.000015s、tadd= 0.000001s、tabs=0.000005s，可求得TCFDSE比Tcheby顯著減少約54%。

4 結束語

本文提出CFDSE標簽數估算方法，無需或僅需少量乘法運算實現RFID標簽數估算。估算時間比切比雪夫不等式法顯著減少約54%，估算誤差小于5%，適用于計算能力不強的應用場合，對提高RFID標簽識別效率、信息獲取速度具有重要作用，促進RFID產業發展。

范堅強臉色一暗，剛才那個接到命令的男子朝一杭逼過來，一把抓住他的衣領，提起來，說：“你他媽別得寸進尺！”范堅強朝他揮揮手，看看一杭說：“說來聽聽?！?/p>

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Simulation system design for fire control radar network based on HLA

LI Cheng-yu1，DU Wei-ming2，PENG Jian-yi1，ZHANG Wen-quan1
（1.Department of Optics and Electronics Equipment，Wuhan Ordnance N.C.O.Academy，Wuhan 470035，China；2.Department of Radar，Wuhan Ordnance N.C.O.Academy，Wuhan 470035，China）

In order to improve the survival probability of fire control radars，the technique of radar network was studied.For the hypothesized scene，the working process of fire control radar network was introduced，the structure of data fusion and control system was designed and the dynamic process of simulation was given.Simulation software based on high level architecture was developed as a platform to test the fire control radar network theory.And simulation experiments were carried out with run time infrastructure（RTI）.The results indicate the software can simulate the data fusion and parameter control of fire control radar network and the network system can effectively delay the intercept time of fire control radar by enemy reconnaissance system.

fire control radar；radar network；high level architecture；simulation；RTI

TJ810.3+7；TN95；TP398.028；TP391.9

：A

：1674-5124（2014)03-0137-05

10.11857/j.issn.1674-5124.2014.03.036

2013-09-17；

：2013-11-21

李成玉（1988-），男，河南南陽市人，助教，碩士，研究方向為導航、制導與控制。