地面裝備目標特征測評方法研究現狀及展望

安富濤，王 森

(1.陸軍重慶軍代局駐重慶地區軍代室，重慶 400060; 2.中國兵器工業第五九研究所，重慶 400039)

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【裝備理論與裝備技術】

地面裝備目標特征測評方法研究現狀及展望

安富濤1，王 森2

(1.陸軍重慶軍代局駐重慶地區軍代室，重慶 400060; 2.中國兵器工業第五九研究所，重慶 400039)

針對地面裝備作戰任務所面臨的局部戰爭沖突、軍事對抗競賽、作戰空間的變化等多方面影響，分析了地面裝備面臨的探測、識別與打擊威脅環境以及目標特征信號測試與隱身效能評估技術的發展需求，從測試能力、數據融合技術等方面介紹了國內外目標特征測試方法研究現狀，對比與國外的差距，結合地面裝備隱身技術的發展和目標特征實戰化應用需求，展望了地面裝備多源目標特征測試與隱身效能評估技術發展及應用方向。

地面裝備；目標特征；隱身；效能評估

地面裝備擔負著偵察、突擊、障礙清除、占領等多種作戰任務。面對日趨活躍的邊界、島礁、資源等局部戰爭沖突和日益激烈的軍事對抗競賽及作戰空間日益立體化、全方位、聯合化，急需準確獲取敵裝備目標特征，以贏得戰場先機，對敵形成戰略威懾；急需開展地面裝備目標特征測試與評價技術研究，促進裝備在打擊與防護的“矛”與“盾”較量中相互制約、共同發展，支撐我國四代為骨干、三代為主體的現代化武器裝備體系，形成以信息化為主導的機械化、信息化復合式發展能力[1]。

1 地面裝備隱身技術發展對目標特征測評技術需求

1.1 地面裝備面臨的多源目標特征威脅

地面裝備在信息化戰爭中，將面臨以衛星、無人偵察機、直升機、戰場偵察雷達為主的全天候、全天時的偵查威脅環境；面臨雷達、紅外、可見光、激光等多種探測器的多頻譜、全方位、立體化、多模式偵察、跟蹤定位與識別的探測威脅環境；面臨反坦克導彈、精確制導炸彈及末敏彈等精確導引武器的制導打擊威脅環境。

隨著光電探測與制導技術的不斷發展，其作用頻段不斷擴大、精度日益提高(如美雷達成像分辨率優于1 m，紅外溫度分辨率優于0.1℃，光學成像分辨率達0.1 m，足以分辨坦克等裝甲目標)，裝甲裝備面臨的戰場威脅頻譜分布可歸納為以下幾方面：

1.06 μm和10.6 μm激光波段，用于激光指示器跟蹤探測；0.3～1.3 μm可見光近紅外波段，適于照相和掃描偵察，用于偵察和制導；1.4～2.5 μm超光譜近紅外波段，目標同時被成像和光譜圖識別，用于偽裝假目標識別；3～5 μm，中紅外波段，用于目標動態下的熱紅外成像；8～14 μm，遠紅外波段，用于目標全天候跟蹤成像；8～40 GHz毫米厘米微波波段，用于雷達探測和制導[2-4]。

現代戰場上裝備被發現往往意味著被摧毀，應用隱身技術可大幅抑制裝備的信號特征，提高信息反獲取能力，從而提高裝備和人員在戰場上的生存能力。美軍認為，采用各種隱身技術后，能將地面軍事車輛的生存性提高80%以上，應用隱身技術已經成為扭轉戰局和決定戰爭勝負的重要因素[5]。在美軍重返亞太戰略的軍事部署對我國軍事威懾和遏制的背景下，周邊國家和地區的先進偵察系統、精確打擊系統都對我軍裝備構成了不可忽視的威脅。

1.2 多源目標特征測試與評價技術的明確需求

以“隱蔽戰爭企圖、提高裝備戰場生存力”的隱身技術在裝備上發揮了重要的防護作用。在信息化作戰條件下，實施有效的目標特征管理與控制成為武器裝備的主要發展方向和重要戰技考核指標。隨著隱身技術快速發展和廣泛應用，新一代主戰坦克、裝甲偵察車等在研地面裝備都明確的提出隱身要求。要實現裝備在聲光電磁多頻譜下的多源目標特征縮減和發現概率降低，就必須在較寬的頻譜范圍內開展裝備多源目標特征測量分析和綜合隱身效果評估研究[6]，以保障地面裝備隱身設計與研制，提高裝備隱身效能，為實戰條件下的裝備部署和作戰提供參考。

1.2.1 大量多源目標特征參數作為隱身設計依據

為應對空/天/地立體化多頻譜光電偵察和精確打擊威脅，地面裝備隱身設計與研制對雷達、紅外及光學等多源目標特征測量研究具有明確需求：

在裝備隱身設計前期，需要查詢累積的裝備目標特征測量數據庫，在全面掌握上一代裝備目標特征數值范圍、分布規律基礎上，在現有隱身技術能力上提出合理的裝備目標特征設計指標，應用光電理論和仿真軟件，通過外形設計、隱身材料應用設計抑制裝備的光電目標特征，并對裝備的雷達、紅外、光學等目標特征進行綜合模擬預測和評估，確保新設計的裝備目標特征比上一代明顯降低，實現裝備的多源目標特征有效抑制和綜合隱身[7]。

在裝備隱身研制中期，需要對裝備部件或者模型進行測量，將實際測量數據與仿真計算結果進行比對，進一步優化隱身設計。這一階段是裝備隱身防護設計的關鍵階段，需要反復開展大量的目標特征測量試驗，不斷完善裝備強目標特征抑制和整體目標特征控制優化。

在裝備隱身研制后期，進入裝備隱身演示驗證和定型階段，必須在測試場進行全尺寸裝備隱身效果驗證測試，以檢驗隱身設計的合理性及隱身防護材料的應用有效性，為裝備最終定型提供真實、可靠的數據支撐。

1.2.2 多源目標特征綜合隱身效能評估實戰化應用

裝備隱身后是否達到設計目的，在復雜電磁環境戰場下的被探測發現概率減小了多少，被識別命中的幾率降低了多少，都必須有一套基于裝備多源目標特征測試基礎上的綜合隱身效能評估手段作為支撐[8]。因此，開展裝備雷達、紅外及光學等多源目標特征融合處理分析研究，開展基于多源目標特征的綜合隱身效能評估方法研究，是實戰條件下的裝備作戰部署、戰場毀傷評估的基礎，是提升裝備戰時生存力和作戰效能的重要保障。

目標特征測試與隱身效能評估是為裝備隱身設計、裝備隱身效果檢驗提供基礎數據和評價方法，是支撐裝備隱身技術研究的基礎。因此，應該基于對各種先進光電偵察設備工作原理的深刻理解，找準武器裝備隱身技術研究真正需要的角域、頻譜、模式等威脅邊界條件和特征提取及統計分析方法，借鑒國外先進的多源目標特征測試與評價方法、提高國內目標特征測試技術水平，強化多源目標特征數據融合[9-10]處理及裝備隱身效能評估技術研究，推動裝備目標特征縮減設計、隱身偽裝材料技術發展，提升裝備隱身防護技術。

2 地面裝備目標特征測評技術發展現狀

2.1 國外發展現狀

2.1.1 多源目標特征寬頻、集成測試能力強

在雷達特征信號測試方面，國外通過建立多樣化目標特征測試場，開展裝備多源目標特征信號測試與評價技術研究[11]。美國William Parnell地面裝備目標特征測試場具備多源目標特征集成測試能力(圖1)，通過測試系統的微型化設計和多模式探測器布局的整體設計，解決了多頻譜目標特征測試系統的集成設計難題，同時集成了9.0～10.0 GHz、34.5～35.5 GHz、94.5～95.5 GHz三個波段的雷達及3～5 μm、8～12 μm紅外成像及可見光成像目標特征測試系統，可對20 m長全尺寸裝備進行0°～360°方位和0°～90°俯角的雷達、紅外及光學目標特征精確測試。法國在布雷斯特建立了專門的地面武器裝備室外測試場(圖2)，該測試場采用垂直測試高塔作為測試雷達運行軌道，通過控制測試雷達的高度，以滿足地面裝備在不同威脅俯角下的雷達目標特征測試需求。英國的位于Wells附近的泰利斯室外測試場(圖3)具有3個已建成的測量場地，可進行VHF到毫米波的特性測量，可對100 t的目標進行全尺寸測試[12]。

圖1 William Parnell目標特征測試場

圖2 法國布雷斯特的CELAR變俯角測試場

圖3 英國泰利斯目標特征測試場

美國通過目標雷達特征信號的測試，積累了大量的數據，并建立了多類武器裝備的電磁散射特征提取分析模型(如波音公司的RECOTA模型)、雷達截面積(RCS)計算軟件包(如XPATCH、MIS-SCAT、RECORTDENG、ESCORTHE和ECHO等)和RCS縮減效果評估方法。

在紅外熱輻射特性測試方面，美國、法國西方軍事強國非常重視先進探測傳感器和裝備紅外輻射特征測量分析方法研究。國外從外場測試和理論建模兩條途徑同時著手，圍繞著坦克紅外輻射特性，在坦克本體、坦克與環境背景相互作用及氣象條件影響等方面取得了大量的實測數據。通過對大量武器裝備的測試，美國的TACOM建立了車輛熱特征分析評價系統，它可以指導武器研制階段設計[13]。它的組成含仿真目標的幾何參數，材料特征、氣象和環境條件，能預估目標表面溫度分布的PRIN模型，考慮了大氣和傳感器的效應，能計算大氣和路徑的衰減的熱像模型TTIM，以及探測器模型CNVEO或EOIRTA和評價算法ATR。Weiss M A[14]建立了基于物理基礎的地面紅外輻射結構模型，此模型可根據實測或模型預測地面復雜的背景紅外溫度分布特征。

總之，針對新一代低目標特征裝甲裝備發展對目標特征精確測試與準確分析評價技術的急切需求，以美國為首的西方軍事強國利用其多樣化的目標特征測試場和先進的雷達、紅外、可見光等多源目標特征測試設備，開展了武器裝備多源目標特征集成精確測試與識別技術研究。建立了全極化雷達散射和輻射特性、高分辨紅外輻射特性及可見光特性等目標特征集成精確測試技術方法、校準技術方法及測量不確定度評定方法等，累計建立了大量裝備或模型的目標特征數據庫和特征提取分析評價模型庫，為裝備目標特征控制縮減與材料防護應用提供關鍵支撐，并成功應用于無人機、直升機及戰斗機對地面目標精確偵察和制導打擊實戰中[15]。

2.1.2 數據融合處理與分析評價技術先進

1) 目標特征融合處理分析技術成熟，廣泛應用于武器裝備的精確打擊作戰中。軍事強國特別是美國建立了成熟的目標特征融合分析處理算法，并在裝甲車輛等裝備上實現實戰應用，據報道應用目標特征融合分析方法較單一目標特征的探測識別的準確率高40%。美國將立體化平臺傳感器獲得目標雷達、紅外、激光及可見光等目標特征信號信息進行有效融合建立了目標圖像特征、波普特征等目標特征信號提取技術。突出景物對比度、提高目標探測識別概率、增加觀察距離和信息獲取能力，通過分析各種目標特征，采用最優化目標特征提取技術，為軍隊指揮、火控、精確制導和打擊及毀傷評估[16]提供一體化、數字化管理，有效提高了目標探測識別打擊成功和目標毀傷評估準確度。

2) 裝備多源目標特征綜合隱身效果評價方法先進，建立了完善的裝備作戰效能的綜合評估體系。西方軍事強國，基于完善的測試手段和先進的仿真技術手段，建立了大型軍事裝備的目標特征數據庫，并通過實戰環境下的目標特征探測、識別與打擊作戰試驗，開展了裝備目標特征與戰場探測發現概率間的相關性研究，建立了裝備實戰環境下的綜合隱身效果評價標準和作戰效能評估方法。美、德、法等軍事強國已在這一技術領域投入了大量的人力和物力，對軍用目標綜合隱身性能的測試評價進行了大量的研究。國外形成了知識、模型、人工神經網絡等多種基于裝備目標特征的隱身效能的綜合評估方法[17]。

國外已經實現了目標特征控制設計、目標特征精確測試、多目標特征融合處理分析和裝備實戰環境下的作戰效能預估一體化。積累了裝備目標特征仿真、裝備目標特征測量及環境特性數據庫，針對不同類別地面裝備的目標特征和面臨的戰場電磁威脅環境，建立實戰環境下的裝備目標特征信號測試與評價分析模型和隱身技術指標與裝備戰技指標的對應關系，形成了陸軍裝備目標特征設計指南和隱身效果實戰評價體系，提高了裝備戰場生存力和作戰效能[18]。

2.2 國內發展現狀

國內對全尺寸武器裝備目標特征的測試分析研究起步晚、手段少、設備性能落后、目標特征測試數據綜合處理與裝備隱身效能分析評估技術與軍事強國還有一定的差距。

國內能夠開展室外裝甲裝備目標特征測試研究主要有地面平面場法和自由空間場法[19]。兩種方法各有特點，互為補充，都是需要不斷發展完善的目標特征測試方法。

某測試場，利用弧形塔結構變俯角設施，實現了0°～60°俯角的調節能力，借助目標承載轉臺具備的0°～15°傾斜功能，能滿足最大75°俯角下的目標特征測試，可對全尺寸裝甲裝備或模型及部件進行全方位、大俯角下的雷達、紅外目標特征進行準確定量測量。通過多年的測試積累，建立了異地定標技術，基于多樣化標準體的高精度校準技術，散射源分離測試及二維成像精確定位技術，目標特征三維重構[20]技術，目標特征測量不確定度評定技術，裝備紅外特征模擬和成像測量技術，背景模擬測試驗證技術，典型地面裝備雷達特征分布建模技術，如圖4(a)所示，裝備特征與雷達發現概率相關性分析技術，如圖4(b)所示，基于層次分析法的裝備隱身效能評估技術等多項地面裝備目標特征測試與隱身性能評價技術。

圖4 裝備特征分析

國內在大型地面武器裝備目標特征研究方面與國外存在一定的差距：

1) 目標特征測試技術。國外目標特征研究的頻率范圍寬覆蓋微波、紅外、激光、可見光等波段，范圍較寬，測量模式(主被動、全極化等)齊全；目標特征測量方法成熟，建立了目標特征測試方法規范和測量質量評價標準，保證了裝備測試精度。國內對裝備的威脅頻段覆蓋不齊，范圍較窄，目標特征模式少，目標特征測試與評價方法還在逐步的完善中，對弱小目標的測量精度還有待提高[21-22]。

2) 多源目標特征數據處理與分析評價應用。國外已經發展了的先進目標特征控制設計方法、累計了大量裝備目標及其環境特性數據庫，并且建立了目標特征融合分析處理及裝備目標特征與雷達探測發現概率間的相關性分析模型，創建了裝備實戰環境下的作戰效果預測評估方法并廣泛應用于實際作戰中。國內正逐步完善目標特征數據庫(特別是非合作目標[23])，目標特征融合處理和作戰效能評估研究在探索中發展，僅開展了單一頻段隱身效能評估，多源目標特征綜合分析評價能力不足。

3 地面裝備目標特征測價技術展望

目標特征測試與評價技術作為裝備隱身防護技術的關鍵支撐技術必須加速發展，才能適應隱身與反隱身技術的發展，特別是提高多源目標特征精確測試能力和綜合分析評價能力[24]，才能保障我國新一代地面裝備的綜合隱身性能，提升裝備在信息化實戰條件下的生存力和作戰效能。建議加強以下幾個方面的研究：

1) 深入發展多源、多模式目標特征高精確集成測試技術，支撐裝備綜合隱身防護技術發展。主要是建立雷達、紅外及光學集成測試平臺，健全雷達測試頻段，特別是建立3 mm 測量雷達，實現(4～100)GHz頻率范圍的寬頻雷達目標特征觀測，提高雷達測量精度(優于10%)；完善全極化(同極化和交叉極化)、三維立體成像、主被動(雷達散射和微波輻射)目標特征測試觀測模式，增強智能目標識別技術研究[25]；提高紅外全波段熱成像分辨率，建設紅外高光譜成像能力，提高紅外探測距離和空間分辨率；急需開展頻譜覆蓋廣、測試數據關聯性強的多目標特征集成測試技術和多源目標特征融合處理方法研究，解決裝備在目標特征管理和應用中能夠借鑒的目標特征數據少、頻譜范圍窄、多源數據關聯度低等問題，為裝甲武器裝備開展“深度”隱身設計和綜合隱身效果測試驗證提供數據和技術支撐，提升地面裝備的綜合隱身防護水平。

2) 積極完善多源目標特征數據庫(特別是非合作目標)，推動多源信息融合技術實戰化應用。針對不同目標特征測試數據，通過對測量設備、測量背景與環境、測量方法、操作規范性等分析，開展單個目標特征測量不確定度評定研究，確定目標特征測量精度。對于不同探測傳感器獲得的目標特征測量數據，通過統計分析與背景對消技術，開展裝備量化特征量提取和表征研究，確定各種探測模式下的裝備有效特征參量。基于不同探測手段的戰場環境條件和威脅大小，以裝備多源目標特征實測數據為基礎，采用如模糊推理自適應加權的信息融合算法，解決多目標特征測試數據的融合處理問題。加強對非合作目標(如外軍裝甲裝備)的模擬仿真和測試分析研究，完善目標特征數據庫，為精確制導武器的發展提供基礎數據支撐；最后，將裝備目標特征測量數據、有效特征參數及測試環境參數進行整理、歸類、并錄入裝備型號、狀態、測試條件等必要信息形成裝備多源目標特征信息庫，為裝備隱身設計、反隱身武器制導打擊提供數據支撐。

3) 強化裝備綜合隱身效能評估體系及作戰應用技術研究，提升裝備實戰條件下的光電對抗能力。應用目標特征數據庫及裝備有效特征提取模型，通過比對裝備隱身前后目標特征縮減，獲得該傳感器節點的特征量貢獻因子，在融合中心將來自各傳感器的特征量貢獻因子和與各自傳感器相對應的探測威脅因子進行組合，采用基于如模糊推理自適應加權的融合算法進行綜合處理，得到裝備多源目標特征的隱身效能綜合評估值。基于裝備有效目標特征參數，建立裝備在戰場環境下的雷達探測概率和發現距離相關性分析模型，裝備目標特征縮減與裝備戰場生存力間的關系模型，形成裝備在實戰環境下的隱身效能評估和作戰效能預估方法，為裝備作戰部署和作戰指揮提供參考。

4 結論

本文通過分析地面裝備面臨的多源目標特征探測、識別與打擊威脅，明確了地面武器裝備隱身與反隱身對抗技術發展對雷達、紅外及光學等多源目標特征測量和綜合隱身效果評估研究需求，對比了國內外地面裝備目標特征測試手段、數據處理技術和隱身效能評估等方面的研究現狀，分析了目標特征測試和基于多源目標特征的綜合隱身效能評估技術的差距。結合地面武器裝備目標特性測試技術研究實際和地面裝備驗證需求，提出了多源目標特性高精度集成測試、非合作目標特征數據庫和多源目標特征融合分析及綜合隱身效能分析評估技術發展建議，為地面武器裝備隱身和反隱身技術發展提供參考。

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(責任編輯 周江川)

Research Status and Prospect of Ground EquipmentTarget Feature Measurement

AN Fu-tao1, WANG Sen2

( 1.CPLA Representation Bureau in Chongqing，Chongqing 400060，China；2.The No.59 Institute of China Ordnance Industry, Chongqing 400039, China)

Being against to the local war conflict, the military confrontation competition and the change of combat space faced by the ground preparation task, we analyzed the development needs of ground equipment for detecting, identifying and combating threat environments as well as target signature testing and stealth performance evaluation techniques. We introduced the research status of stealth testing technology at home and abroad from the test ability, data fusion technology, performance evaluation methods and so on. Compared the gap between domestic and foreign research and combined with the ground equipment stealth technology development needs and characteristics of the actual application requirements, we looked forward to the development and application of multi-source target feature testing and stealth performance evaluation technology for ground equipment.

ground equipment; target feature; stealth; performance evaluation

2016-11-12；

2016-12-15 作者簡介：安富濤(1988—)，男，助理工程師，主要從事裝甲車輛管理研究。

10.11809/scbgxb2017.04.018

安富濤，王森.地面裝備目標特征測評方法研究現狀及展望[J].兵器裝備工程學報，2017(4):82-86.

format:AN Fu-tao, WANG Sen.Research Status and Prospect of Ground Equipment Target Feature Measurement[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):82-86.

TJ765.4

A

2096-2304(2017)04-0082-05