防空兵空情融合系統研究

王 智

(中國人民解放軍73908部隊，江蘇 南京210037)

防空兵空情融合系統研究

王 智

(中國人民解放軍73908部隊，江蘇 南京210037)

介紹信息融合技術的發展歷程，構建防空兵空情融合系統的結構模型，從空情融合流程、系統功能等方面對系統進行研究分析，討論了影響未來系統建設的關鍵技術與重點領域。

防空兵；信息融合；系統研究

0 引言

信息融合是對各個傳感器所檢測的目標數據和其它信息源傳遞來的信息做出較為整體、全面的相關、估計和組合，充分利用來自不同傳感器或信息源數據(信息)的冗余和互補性，來獲得關于威脅目標體系的精確狀態矢量和識別特征，從而較大幅度地提高系統的可靠性和在惡劣環境下的生存能力。信息融合之前有數據融合的提法，但隨著融合技術的發展，系統需要融合的不僅僅是數據，還要對知識等進行融合推理，因此流行的名稱為信息融合[1]。本文將這兩種說法等同，不加以區分。

1 信息融合技術發展歷程

信息融合作為空情融合中最核心的技術，美、英等國對其研究起步較早。早在1973年，美國研究機構就在國防部的資助下，開展了聲納信號理解系統的研究。從那以后，信息融合技術便迅速發展起來，不僅在各種C3I系統中盡可能采用多個傳感器來收集信息，而且在工業控制、機器人、空中交通管制、海洋檢測、綜合導航和管理等領域也朝著多傳感器的方向發展。1988年，美國國防部把信息融合技術列為重點研究開發的20項關鍵技術之一，且列為最優先發展的A類。在學術方面，美國三軍每年召開一次信息融合學術會議。為了進行廣泛的國際交流，1998年成立了國際信息融合學會(ISIF)，總部設在美國，每年舉行一次信息融合國際學術大會。從20世紀80年代以來，美國三軍總部對應用信息融合的技術和戰略監視系統一直給予高度重視。美國國防部從海灣戰爭中實際體會了信息融合技術的巨大潛力。因此，在海灣戰爭結束后，更加重視信息自動綜合處理技術的研究，在C3I中增加了計算機，建立以信息融合中心為核心的C4I。到1999年為止的財政年度中，每年用于信息融合技術研究的費用達一億美元之多。巨大的人力、物力和財力的投入，已在1999年科索沃戰爭中發揮了重大的作用。20世紀90年代，是以構建綜合C4ISR系統為標志的體系發展階段。21世紀初，是以實現基于GIG的陸海空天一體化偵察監視、決策、殺傷、評估為標志的技術創新階段，美軍制定了C4ISR系統發展戰略，實施以網絡中心化為核心內容的“軍事轉型”計劃和GIG建設。到目前為止，美、英等西方國家已研制出上百種軍用信息融合系統，比較典型的有：戰術指揮控制(TCAC)，全源分析系統(ASAS)，自動多傳感器部隊識別系統(AMSVI)，炮兵情報數據融合(AIDD)，海面監視信息融合專家系統(OSIF)，艦艇編隊多傳感器信息融合系統(IKBS)等[2]。從發展方向看，美軍21世紀初 C4ISR系統的總體發展構想是以《2010聯合構想》、《2020聯合構想》為指南，以獲取基于信息優勢和空間優勢的網絡中心化優勢為目的，積極推進以C4ISR系統建設為核心的軍事轉型進程[2]。2014年美國提出的“國防創新倡議”重點提到了機器人、自主系統、微型化、大數據以及3D打印等領域，該計劃旨在保持并擴大美國軍事優勢。

中國關于信息融合技術的研究則起步于20世紀80年代初的多目標跟蹤技術研究，之后逐漸出現有關多傳感器信息融合技術研究的報道，并有幾部信息融合領域的學術專著和譯著出版。到20世紀90年代中期，信息融合技術已發展成為多方共同關注的關鍵技術，許多學者致力于機動目標跟蹤、分布信息融合、多傳感器綜合跟蹤與定位、分布檢測融合、目標識別與決策信息融合、態勢評估與威脅估計等領域的理論及應用研究[3]。

2 防空兵空情融合系統

現代戰爭條件下，防空兵所處的作戰環境是空襲兵器大縱深、多方向、多批次的飽和攻擊，指揮員要及時掌握瞬息萬變的戰場態勢，以便做出合理的指揮決策，進行有效的武器攻擊，就必須對各種有源和無源探測器在內的各種傳感器進行信息融合，得出全面、精確的態勢報告。為了獲得及時、全面、準確的空情信息，要配置大量種類各異、功能互補的傳感器，融合中心應能對來自多源傳感器的信息進行融合處理，從而提供比單一傳感器更加準確的空情信息，實現各級指揮所信息共享。近年來的幾次局部戰爭表明，沒有現代化的指揮控制系統，就不能實現對情報的快速匯集，也不能快速部署、快速反應和有效打擊，也就不能贏得現代戰爭的主動。

2.1 系統結構模型

防空兵空情融合系統是一套比較復雜的軍用信息系統，它的目標是快速全面地收集情報，及時正確地傳遞、使用信息，將指揮、控制、情報、通信等連接成一個有機整體，它與空軍遠方空情、友鄰部隊空情等密切協同和配合，組成一體化的防空體系，以有效抗擊現代空中威脅。它具有使命重大、涉及面廣、可靠性高、實時性強的特點，對來自多個傳感器或其它渠道的信息進行多級別、多方面、多層次融合處理，以得到更為準確、可信的信息。

防空兵空情融合系統由一個總指揮所、若干個分指揮所和若干個信息源組成。空情融合系統的物理組成(不包括通信及其它硬件設備) 如圖1所示[3]。

圖1 防空兵信息融合系統的物理組成(僅處理部分)

指揮所由情報方艙、指揮方艙和通信方艙組成，如圖2所示[3]。

圖2 系統基本組成圖

其中情報方艙主要完成情報的收集、數據融合處理和數據的分發，情報方艙內的數據融合計算機通過局域網互連，并通過有線或無線通信設備與所有的傳感器實現互連。

2.2 空情融合處理流程

空情融合一般從接收數據開始，包括數據預處理、時空校準、航跡融合、航跡合成和航跡輸出等階段[4]。空情融合的流程圖如圖3所示。

圖3 空情融合流程圖

其中數據預處理是對信息源的數據進行格式轉換，對觀察哨的信息進行模糊化，將統一格式的數據送入下一個階段進行處理。時空對準是對數據進行時間搬移和時間、空間對準，它是數據進行融合的基礎。航跡融合與航跡合成是對各信息源形成的航跡進行融合，得出統一的目標航跡信息。

2.3 系統功能

空情融合系統的功能要求是將情報系統中不同傳感器或信息源的空情信息進行分析、辨別、去偽存真、去重復等處理后，重新編批，形成全局空情。空情融合系統作為防空作戰指揮系統中重要的一部分，它的主要功能如下[4]：

1)能實現警戒雷達、火控雷達等數據的自動分類編批功能，剔除虛假目標信息，從而減少信息傳輸量，提高空情信息的處理速度；

2)能接收來自各哨所(人工觀察哨、變倍指揮鏡、哨所雷達)的空情信息,對空情數據進行空間坐標轉換，對哨所雷達信息進行相關處理，并根據各哨所站的觀察范圍對空情進行統一編批；

3)能接收外部情報源(包括遠方、上級、友鄰、人防)的空情信息，對各類空情數據進行時空轉換、航跡關聯、狀態估計，形成融合空情；

4)能將所有的空情綜合成全局空情，并統一編批。能識別出目標屬性，為指揮決策提供依據。

據此，構建防空兵空情融合系統功能模型如圖4所示。

圖4 空情融合系統功能模型

空情融合有如下幾方面的意義：

1)提高目標的探測概率；

2)增強情報探測系統的“反隱身”能力；

3)提高空情的準確性(改善定位精度)和擴大監視空域范圍(減少盲區范圍)；

4)增強系統信息的冗余度(時域、空域、頻域)；

5)實現各級指揮所情報共享；

6)增強系統的抗干擾、抗毀能力和系統反突防能力。

3 關鍵技術及發展建設重點[5-15]

1)人工智能和神經網絡技術

人工智能和神經網絡技術應用包括情報收集、分析、處理和綜合；目標識別和輻射源定位的實時數據處理，威脅和告警，干擾功率管理，系統對抗，傳感器配置和管理等。其主要表現在，一是實時處理方面，雷達、聲納信號處理、智能數據收集與融合等數據流實時處理；二是跟蹤與識別方面，自動目標跟蹤與識別、語音識別、圖像處理；三是制導與控制方面，分配制導、高速運動控制、人機交互等戰場管理與控制。此外，定向武器、數字化接收和干擾技術、多波束/相控陣技術以及對抗仿真技術等都是需加以重視和發展的關鍵技術。

2)加強天基信息系統建設

天基信息系統提供天基信息資源的指揮控制與協同，信息獲取、處理、分發，作戰效能評估，資源綜合管理等保障，是綜合電子信息系統在體系對抗中獲取全球信息態勢、奪取制信息權的空間基礎設施，是保障國家全球利益的重要信息對抗系統。首先天基通信系統以轉型通信衛星星座為主干，構造寬帶、大容量、安全的空間通信體系，滿足軍隊日益增長的對大量信息傳遞的需求，可提供覆蓋面廣的安全通信，傳輸話音、數據、圖像和視頻會議信息，為運動中的作戰人員提供網絡化、多用戶和點對點窄帶網絡鏈接服務。其次天基偵察監視系統是戰略情報偵察的重要手段，衛星與各種預警機、有人和無人偵察機配合，構成地面和空中目標全天候、立體的監視偵察體系，并通過“地-空-星”鏈路等傳輸手段，將星上數據實時地傳送給戰區各級指揮官乃至單兵，形成強大態勢感知能力，保障各種作戰行動實施，充分發揮軍用衛星在現代戰爭中戰斗力倍增作用。

3)加強數據鏈建設

數據鏈是信息系統與主戰武器無縫鏈接的重要紐帶，是實現信息系統與武器系統一體化的重要手段和有效途徑，已成為提高武器系統信息化水平和整體作戰能力的關鍵。數據鏈可用于形成傳感器-指控-射手(武器)的一體化，還可廣泛應用于指揮所和不同作戰平臺的信息分發、指揮控制和武器協同等方面。作為“現代戰爭作戰指揮的神經網絡”，數據鏈在各軍兵種的不同作戰平臺間，建立緊密的戰術鏈接關系，變革傳統的“煙囪”式信息傳輸模式為“扁平”化傳輸，使各軍兵種的各級指戰員能在第一時間共享各種戰術信息。數據鏈的應用將使信息傳遞進程加快，戰場控制范圍加大，戰術協同能力增強，將是新一代綜合電子信息系統基礎性設施，也是增強綜合電子信息系統整體應對多樣性任務能力的重要手段。

4 結束語

在現代高技術條件下的防空作戰中，以空襲和反空襲為主導的戰爭手段已成為局部戰爭的主要作戰樣式。為了掌握反空襲作戰中的制信息權和在戰爭中爭取主動，必須建立適合國情的新體制防空體系。本文對防空兵空情融合系統中的多傳感器數據融合問題做了理論和應用探討，提供了一些具體問題的研究思路，有利于推動空情融合系統的更進一步的研究。■

[1] Klein LA.多傳感器數據融合理論及應用[M].戴亞平,譯.北京:北京理工大學出版社,2004.

[2] 信息化作戰研究[M].北京：軍事科學出版社,2009.

[3] 劉同明.數據融合技術及其應用[M]. 北京:國防工業出版社,2000.

[4] 劉曙陽.C3I系統開發技術[M].北京:國防工業出版社,1997.

[5] 李洪志.信息融合技術[M]. 北京:國防工業出版社,1996.

[6] 楊靖宇.戰場數據融合技術[M].北京:兵器工業出版社,1994.

[7] 倪忠仁.地面防空作戰模擬[M].北京:解放軍出版社,2001.

[8] 姜啟源.數學模型[M].北京:高等教育出版社,1993.

[9] 李洪志.信息融合技術[M].北京:國防工業出版社,1996.

[10]鄧勇,施文康,趙春江.一種模糊傳感器數據融合的方法[J].上海交通大學學報,2003,37(1):1-4.

[11]韓雁飛.目標識別的D-S融合算法[J].現代防御技術,2001,29(4):46-50.

[12]賀席兵,敬忠良,王安.多傳感器數據融合中的數據配準研究[J].航空電子技術,2001,32(2):24-29.

[13]何友.分布式多傳感器系統航跡關聯算法評述[J].系統工程與電子技術,1999,21(10):15-18.

[14]高效，田科鈺，鐘恢扶.多雷達數據配準的工程實現[J]. 現代雷達,2003,26(3):33-35.

[15]何兵,毛士藝,張有為,等.不同類型傳感器的分層融合算法研究[J].電子學報,2000,28(6):4-7.

Research on aerial defense force information fusion system

Wang Zhi

(Unit 73908 of PLA,Nanjing 210037,Jiangsu,China)

The development course of information fusion technology is expatiated, the contents of aerial defense information fusion system is constructed, includes the basic composing, the framework, the model of function and the flow of information processing. At last the key techniques and fields which influence the future development of the system are discussed。

aerial defense force; information fusion; system research

2014-12-01

王智(1981-)，男，工程師，碩士研究生，主要從事雷達裝備維修與研究。

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