艦載單平臺雷達(dá)協(xié)同海面低小慢目標(biāo)探測研究*

劉艷平　王東陽　賈金偉

(91404部隊(duì)92分隊(duì)　秦皇島　066001)

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艦載單平臺雷達(dá)協(xié)同海面低小慢目標(biāo)探測研究*

劉艷平王東陽賈金偉

(91404部隊(duì)92分隊(duì)秦皇島066001)

摘要通過對任務(wù)和資源管理,采用以信號級和點(diǎn)跡信息的聯(lián)合處理技術(shù),構(gòu)建平臺內(nèi)多雷達(dá)的協(xié)同系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)艦載雷達(dá)設(shè)備探測資源和探測信息的綜合利用,從而提高在復(fù)雜干擾環(huán)境下對海面低小慢目標(biāo)的探測威力和穩(wěn)定跟蹤能力以及系統(tǒng)反應(yīng)速度。

關(guān)鍵詞協(xié)同探測; 聯(lián)合檢測; TBD; 海雜波去相關(guān)

Shipboard Single Radar Collaborative Detection on the Surface of the Lower Little Slow Target

LIU YanpingWANG DongyangJIA Jinwei

(Unit 92, No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractThe joint processing technology which has used the signal level and the trace information builds the collaborative system of a number of radar in the platform. It can manage the tasks and resources. The collaborative system realizes the comprehensive utilization of the shipboard radar resources detecting and information detecting. The detection power and stable tracking capabilities of the lower little slow target in the complex interference environment can improve the reaction speed of the collaborative system.

Key Wordscollaborative detection, joint detection, TBD, sea clutter to related

Class NumberTN951

1引言

為了充分利用雷達(dá)資源,增強(qiáng)雷達(dá)系統(tǒng)的協(xié)同能力和可靠性,通過對任務(wù)和資源進(jìn)行管理,以信號級和點(diǎn)跡信息的聯(lián)合處理技術(shù),構(gòu)建平臺內(nèi)多雷達(dá)的協(xié)同系統(tǒng)。對海協(xié)同探測系統(tǒng)主要用于海面目標(biāo)搜索、發(fā)現(xiàn)、識別與跟蹤,采用必要技術(shù)實(shí)現(xiàn)單平臺雷達(dá)之間的信息共享,有效克服某些型號雷達(dá)缺陷。

系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵是如何使不同平臺之間信息的實(shí)時(或近實(shí)時)交互處理,為此必須研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、傳感器資源管理技術(shù)、信息融合技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等組網(wǎng)技術(shù)[1]。國內(nèi)外專家學(xué)者已針對某些型號、某些技術(shù),全部或部分地研究,為雷達(dá)間的協(xié)同探測技術(shù)做了良好的鋪墊。

2總體方案

2.1A型、B型、C型雷達(dá)對海協(xié)同

指控下達(dá)協(xié)同指令,B型和C型雷達(dá)視頻發(fā)送到A型雷達(dá)的單艦協(xié)同探測信息處理單元,進(jìn)行相關(guān)性判決保留慢速目標(biāo),并進(jìn)行檢測跟蹤處理,將處理結(jié)果發(fā)送給各雷達(dá),各雷達(dá)按需使用處理后的點(diǎn)航跡。對海面小慢目標(biāo),進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測處理,可以有效提高信噪比,其得益為積累的N0.5倍。按N=14計(jì)算信噪比可提高1.5dB,信檢測概率大約提高10%。

2.2A型雷達(dá)引導(dǎo)B型雷達(dá)協(xié)同

針對地空目標(biāo)A型雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離大于B型雷達(dá)發(fā)現(xiàn)距離。指控下達(dá)協(xié)同指令,A型雷達(dá)將10公里到50公里內(nèi)的對空目標(biāo)點(diǎn)航跡發(fā)送到B型雷達(dá)進(jìn)行引導(dǎo),B型雷達(dá)根據(jù)引導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測跟蹤,提高B型雷達(dá)的發(fā)現(xiàn)距離。利用A型雷達(dá)的數(shù)據(jù)對B型雷達(dá)進(jìn)行引導(dǎo)探測,通過仿真和估算可將發(fā)現(xiàn)距離提高15%左右。

2.3A型、B型雷達(dá)聯(lián)合處理

指控下達(dá)協(xié)同指令,B型雷達(dá)將點(diǎn)航跡發(fā)送到A型雷達(dá)的單艦協(xié)同探測信息處理單元進(jìn)行點(diǎn)航跡融合。A型雷達(dá)以融合后的點(diǎn)航跡為準(zhǔn),但保留新增的點(diǎn)航跡參與關(guān)聯(lián)處理。B型雷達(dá)對融合后的點(diǎn)航跡與本雷達(dá)產(chǎn)生的點(diǎn)航跡進(jìn)行比較判別,保留新增的點(diǎn)航跡參與關(guān)聯(lián)處理,非新增點(diǎn)航跡的以本雷達(dá)生成的點(diǎn)航跡為準(zhǔn)。在兩部雷達(dá)轉(zhuǎn)速相同的情況下,在兩部雷達(dá)威力重疊的范圍內(nèi),目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)率提高一倍,可提高對機(jī)動目標(biāo)的跟蹤能力。

2.4A型和B型雷達(dá)協(xié)同抗干擾[2]

雷達(dá)在受到地方壓制式干擾或欺騙干擾時,A型雷達(dá)和B型雷達(dá)上報(bào)受干擾情況,指控下達(dá)協(xié)同指令。如果A型雷達(dá)受到干擾,B型雷達(dá)將點(diǎn)航跡發(fā)送到A型雷達(dá)的單艦協(xié)同探測信息處理單元進(jìn)行相關(guān)判決和虛假目標(biāo)抑制。如果B型雷達(dá)受到干擾,B型雷達(dá)將點(diǎn)航跡發(fā)送到A型雷達(dá)的單艦協(xié)同探測信息處理單元進(jìn)行相關(guān)判決,將判決結(jié)果發(fā)送到B型雷達(dá),B型雷達(dá)進(jìn)行虛假目標(biāo)抑制。

2.5A型、B型、C型和導(dǎo)航雷達(dá)協(xié)同聯(lián)合任務(wù)保障

當(dāng)B型雷達(dá)出現(xiàn)故障時,指控下達(dá)協(xié)同指令,A型雷達(dá)將50公里以內(nèi)的點(diǎn)航跡信息發(fā)送至B型雷達(dá),進(jìn)行近防任務(wù)保障。

當(dāng)導(dǎo)航雷達(dá)出現(xiàn)故障時,指控下達(dá)協(xié)同指令,A型、B型和C型雷達(dá)將對海通道視頻信息發(fā)送到導(dǎo)航雷達(dá),導(dǎo)航雷達(dá)進(jìn)行檢測跟蹤處理和顯示,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航任務(wù)聯(lián)合保障。

當(dāng)B型雷達(dá)故障時A型雷達(dá)進(jìn)行近防任務(wù)聯(lián)合保障,采用并聯(lián)模型計(jì)算任務(wù)可靠性,可靠性提升約15%。

當(dāng)導(dǎo)航雷達(dá)故障時,A型、B型和C型雷達(dá)進(jìn)行導(dǎo)航任務(wù)聯(lián)合保障,采用并聯(lián)模型計(jì)算任務(wù)可靠性,可靠性提升約20%。

3協(xié)同海面低小慢目標(biāo)探測

3.1協(xié)同流程

控制本平臺雷達(dá)協(xié)同對海探測,在各雷達(dá)關(guān)注區(qū)域內(nèi)進(jìn)行主動信號級共享,聯(lián)合監(jiān)測、TMD技術(shù)和海雜波去相關(guān)處理,提高對視距內(nèi)和超視距目標(biāo)探測能力[3]。

指控系統(tǒng)發(fā)送協(xié)同探測命令或某設(shè)備向單平臺協(xié)同探測處理設(shè)備提出協(xié)同探測請求,并提出協(xié)同的相應(yīng)參數(shù);單平臺協(xié)同探測處理設(shè)備收集各雷達(dá)設(shè)備的工作狀態(tài)信息,進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃,形成協(xié)同方案,并把方案上報(bào)指控系統(tǒng);指控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前的任務(wù)執(zhí)行情況和設(shè)備工作狀態(tài),協(xié)同方案進(jìn)行評估,若評估結(jié)論為方案不通過,則通知單平臺協(xié)同探測處理設(shè)備對協(xié)同方案進(jìn)行重新規(guī)劃組織;若方案可行,單平臺協(xié)同探測處理設(shè)備向本平臺各探測設(shè)備下發(fā)協(xié)同探測命令以及協(xié)同工作參數(shù);各設(shè)備按協(xié)同命令進(jìn)行協(xié)同探測,把探測回波信息發(fā)往單平臺協(xié)同探測處理設(shè)備,進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測處理,并將處理結(jié)構(gòu)輸出。如果任務(wù)完成,則發(fā)送協(xié)同結(jié)束命令請求。

圖1　協(xié)同海面低小慢目標(biāo)探測流程圖

3.2技術(shù)途徑

3.2.1聯(lián)合檢測

經(jīng)過配準(zhǔn)后的視頻,再根據(jù)兩部雷達(dá)天線同步方案進(jìn)行積累。可以聯(lián)合恒虛警方法[4]進(jìn)行檢測和跟蹤,也可以使用TBD方法對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

3.2.2TBD技術(shù)

通過對弱小目標(biāo)連續(xù)出現(xiàn)的信號進(jìn)行逐幀相關(guān)累積來估計(jì)目標(biāo)的可能軌跡,然后對估計(jì)的可能軌跡進(jìn)行檢測判決,這就是監(jiān)測前跟蹤技術(shù)的基本思想。TBD技術(shù)在單幀數(shù)據(jù)處理后并不立即宣布檢測結(jié)果,而是將多幀數(shù)據(jù)與假設(shè)的目標(biāo)路徑軌跡點(diǎn)逐幀進(jìn)行幾乎沒有信息損失的關(guān)聯(lián)處理,經(jīng)過數(shù)次掃描積累處理之后,根據(jù)一定的判斷準(zhǔn)則同時宣布檢測結(jié)果和產(chǎn)生的目標(biāo)航跡,這就使目標(biāo)點(diǎn)跡檢測與航跡跟蹤融為一體,其原理如圖2所示。

圖2　TBD原理圖

基于動態(tài)規(guī)劃的TBD算法[5](DP-TBD)研究得比較成熟,也比較充分。

DP-TBD算法是通過尋找最優(yōu)軌跡來判斷目標(biāo)的存在,最直觀的軌跡路徑搜索方法就是窮舉法。該方法先找出第1幀到第k幀各點(diǎn)跡可能產(chǎn)生的所有軌跡路徑,計(jì)算各可能路徑所包含點(diǎn)跡的價(jià)值函數(shù)(稱為值函數(shù)),作為可能路徑的質(zhì)量指標(biāo),再與門限VT比較,將值函數(shù)超過門限的路徑找出來,宣布檢測結(jié)果。為減少運(yùn)算量,可通過具有多階段決策優(yōu)化能力的動態(tài)規(guī)劃思想來實(shí)現(xiàn)。基本思想是將原過程分解為符合馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移[6]過程的多個子階段,通過尋找逐階段遞增的最優(yōu)軌跡,達(dá)到全過程軌跡最優(yōu)。

3.2.3海雜波去相關(guān)

海雜波具有強(qiáng)的時間和空間相關(guān)性,在海雜波的去相關(guān)時間內(nèi),海雜波是相關(guān)的[7]。海雜波的時間相關(guān)性又稱為脈沖間相關(guān)性,是指雷達(dá)波束照射在指定距離分辨單元內(nèi),海雜波在時間上表現(xiàn)出的關(guān)聯(lián)特性,它反映的是海雜波起伏變化快慢的特性。在一定時間內(nèi),海雜波是相關(guān)的,但隨著時間的推移,海雜波的相關(guān)性逐漸減弱,直至非相關(guān),到非相關(guān)的過程所需要的時間,稱之為海雜波去相關(guān)時間。

X波段海雜波去相關(guān)時間計(jì)算公式為

式中變量d代表去相關(guān)程度。比如,50%去相關(guān),即d=0.5,計(jì)算可得去相關(guān)時間為Tc=7.6ms;若70%去相關(guān),則為10.0ms;若90%去相關(guān),則為13.8ms。

對于一個中等分辨率的X波段雷達(dá),當(dāng)它以低掠射角觀測海面時,海雜波的去相關(guān)時間大約為10ms;一般認(rèn)為海雜波去相關(guān)時間與多普勒帶寬成反比,與波長成正比,那么C波段去相關(guān)時間大約17ms,S波段去相關(guān)時間大約33ms,L波段去相關(guān)時間大約為66ms(以波段的中心頻率計(jì)算)。

3.3指標(biāo)分析

對海面低小慢目標(biāo),對區(qū)域內(nèi)采用TBD方法或者周期間的非相干積累,可以有效提高信雜比,非相干積累的得益介于N0.7dB和N0.8dB之間。以N0.7dB估計(jì)2個、4個、8個天線周期積累的得益分別是1.62dB、2.63dB、4.28dB。按4個天線周期計(jì)算檢測概率大概提高10%。

4結(jié)語

通過艦載單平臺雷達(dá)協(xié)同,實(shí)現(xiàn)艦載雷達(dá)設(shè)備探測資源和探測信息的綜合利用,大大實(shí)現(xiàn)了資源共享,從而提高在復(fù)雜干擾環(huán)境下對海面低小慢目標(biāo)的探測威力和穩(wěn)定跟蹤能力以及系統(tǒng)反應(yīng)速度。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 逄勃,唐智開.基于對海警戒雷達(dá)與無源監(jiān)視雷達(dá)的對海協(xié)調(diào)探測系統(tǒng)[J].雷達(dá)與對抗,2008(4):9-10,35.

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中圖分類號TN951

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.02.015

作者簡介:劉艷平,男,碩士,助理工程師,研究方向:雷達(dá)協(xié)同探測方向研究和船電試驗(yàn)。

*收稿日期:2015年8月2日,修回日期:2015年9月27日