某型武控系統(tǒng)目標(biāo)信息融合性能檢驗方法研究

(1.中國人民解放軍 92941部隊41分隊,遼寧 葫蘆島 125000)(2.中國人民解放軍 61905部隊,沈陽 110000)

0 引言

信息融合又被稱作數(shù)據(jù)融合，對其研究可以追溯到1973年。當(dāng)時美國國防部發(fā)起了對聲納信號處理系統(tǒng)的資助開發(fā)。這說明信息融合的概念起源于20世紀(jì)70年代。信息融合技術(shù)是伴隨著軍事需求而發(fā)展起來的，因此，美國國防部從軍事應(yīng)用角度給出信息融合的定義：“把來自許多傳感器和信息源的數(shù)據(jù)和信息加以聯(lián)合、相關(guān)和組合，以獲得精確的位置估計和身份估計以及對戰(zhàn)場情況和威脅及重要程度進行適時的完整的評價。”基于信息融合技術(shù)在海灣戰(zhàn)爭中的出色表現(xiàn)，美國國防部開發(fā)了以信息融合為中心的C4I系統(tǒng)，可見對該項技術(shù)的重視。

本文的目標(biāo)信息融合性能是指雷達和電子偵查設(shè)備之間的配合使用性能。電子偵查設(shè)備(后面簡稱電偵設(shè)備)的主要功能是向武器系統(tǒng)提供目標(biāo)微波信息。在試驗過程中，電偵設(shè)備出現(xiàn)了偵測距離近、時戳異常、目標(biāo)方位角處理方法不當(dāng)、單個信號源出現(xiàn)多個批號、對微波丟失后的目標(biāo)信號保留時間太長等問題，使得武器系統(tǒng)目標(biāo)信息融合性能檢驗成為了靶場試驗中迫在眉睫需要解決的問題。該問題的解決關(guān)系到武器系統(tǒng)融合雷達和電偵目標(biāo)的性能，即武器系統(tǒng)目標(biāo)信息融合的檢查與驗證。對武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力的生成起到至關(guān)重要的作用[1-3]。

1 武器系統(tǒng)的融合處理

某型武器系統(tǒng)的信息融合處理過程如下：武器系統(tǒng)收到雷達目標(biāo)和電子偵察目標(biāo)后，首先判斷兩個設(shè)備發(fā)送的目標(biāo)是否為同一目標(biāo)，若是同一目標(biāo)，則用雷達目標(biāo)的位置信息和電子偵察設(shè)備目標(biāo)的微波信息形成一個包含位置和微波參數(shù)的目標(biāo)信息，在導(dǎo)彈發(fā)射前將該信息裝訂給導(dǎo)彈，若導(dǎo)彈發(fā)射后武器系統(tǒng)就不再給導(dǎo)彈發(fā)送任何信息了。武器系統(tǒng)應(yīng)“具備對本艦雷達、電子偵察設(shè)備的目標(biāo)信息進行處理和融合的能力”。

2 電偵設(shè)備工作原理

電偵設(shè)備的功能是對空間中的電磁輻射源的方位、載頻、脈沖寬度、脈沖幅度、脈沖間隔等參數(shù)進行偵測，對輻射源的敵我屬性、威脅等級進行識別，對輻射源形成相關(guān)描述的報文數(shù)據(jù)，發(fā)送給顯控界面進行顯示以及發(fā)送給作戰(zhàn)系統(tǒng)網(wǎng)。電偵設(shè)備從天線探測接收信號到輸出目標(biāo)報文的主要流程為：測頻測向天線接收、射頻電路處理、參數(shù)測量和信號分選、目標(biāo)威脅識別判斷、目標(biāo)建批輸出、目標(biāo)報文數(shù)據(jù)更新。見圖1所示。

圖1 電偵設(shè)備工作流程圖

電偵設(shè)備由一個360度測頻天線組件和兩個180度測向天線組件完成對全空域信號偵收，天線工作時屬于被動接收，不進行掃描。設(shè)備工作時，天線處于實時接收狀態(tài)，收到的電磁信號經(jīng)過內(nèi)部處理轉(zhuǎn)換成脈沖參數(shù)信息并送到先入先出緩存區(qū)(FIFO)，之后由數(shù)據(jù)采集模塊對緩存的數(shù)據(jù)進行提取，當(dāng)提取足夠多的數(shù)據(jù)(十個以上的相同脈沖)之后進行數(shù)據(jù)的處理。信息經(jīng)過處理送至告警模塊并更新數(shù)據(jù)，最終將數(shù)據(jù)參數(shù)顯示出來。

電偵設(shè)備對目標(biāo)建批輸出后，按照2 s一次的數(shù)據(jù)周期對目標(biāo)的信息進行更新。在2 s數(shù)據(jù)周期內(nèi)只要數(shù)據(jù)采集模塊提取到足夠多的數(shù)據(jù)(十個以上的相同脈沖)就進行上報處理，經(jīng)處理后與建批目標(biāo)的數(shù)據(jù)比對通過，就在周期結(jié)束時刻對數(shù)據(jù)進行更新，而不需要整個周期有持續(xù)的微波信息偵收，才輸出更新數(shù)據(jù)[4]。

3 試驗仿真方案想定

在軍事領(lǐng)域，想定就是指揮員把作戰(zhàn)意圖形成具體的作戰(zhàn)方案和實施計劃。想定成為作戰(zhàn)方案和計劃，它的出現(xiàn)滿足了作戰(zhàn)需要，能夠做到預(yù)想實際作戰(zhàn)過程，是完成指揮作戰(zhàn)，尤其是在真實戰(zhàn)場環(huán)境下指揮多軍兵種的部隊作戰(zhàn)和武器裝備必不可少的環(huán)節(jié)[5]。

我軍軍語中定義想定如下：參照訓(xùn)練課題設(shè)想與假定作戰(zhàn)雙方的態(tài)勢、企圖和作戰(zhàn)發(fā)展的情況等。軍事演習(xí)領(lǐng)域是這一定義針對的主要對象，其中包括軍事訓(xùn)練等，通過設(shè)定想定文書對軍事演習(xí)的過程、目的、范圍等給出說明。美軍軍語中解釋想定為：想定是描述一個或多個實際或假想事件的一種方式，這種描述是分析事件及相關(guān)問題的重要組成部分，而這種分析又是以戰(zhàn)斗模型為基礎(chǔ)的[6]。

綜上所述，想定就是基于作戰(zhàn)研究課題、演習(xí)或軍事訓(xùn)練的需求，設(shè)想和假定作戰(zhàn)區(qū)域、作戰(zhàn)背景、初始態(tài)勢、戰(zhàn)場環(huán)境和作戰(zhàn)局勢進展情況等，能夠為參訓(xùn)、參戰(zhàn)對象提供作業(yè)的條件和環(huán)境，以文書的形式，把指揮員的作戰(zhàn)決心和作戰(zhàn)意圖轉(zhuǎn)變成為具體的作戰(zhàn)方案和計劃，出現(xiàn)在各級、各類的軍事活動之中[7-10]。

在綜合態(tài)勢下的武器系統(tǒng)融合處理能力檢查中，想定3個算法正確性態(tài)勢、8個同向目標(biāo)流不同組合態(tài)勢、4個遠(yuǎn)距離支援干擾及長時間存在的雷達信號綜合態(tài)勢以及4個角度分辯能力態(tài)勢，通過19種復(fù)雜態(tài)勢對武器系統(tǒng)融合處理能力進行比較全面的考核。

4 試驗仿真方案制定

根據(jù)武器系統(tǒng)從空域?qū)稍O(shè)備誤差角范圍內(nèi)的目標(biāo)在空域上充分利用了歷史信息和當(dāng)前信息，在時域上剔除了長時間存在的目標(biāo)信息，在戰(zhàn)術(shù)使用原則上結(jié)合了同向多目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)原則，因此，對于武器系統(tǒng)融合模型的考核，可從同向目標(biāo)流，遠(yuǎn)距離支援干擾及長時間存在的雷達信號，以及不同角度的目標(biāo)等4個要素制定一定的態(tài)勢，考核武器系統(tǒng)融合模型設(shè)計原則的實現(xiàn)正確性[9]。考核方法有：艦面設(shè)備靜態(tài)試驗和動態(tài)試驗。本文重點對艦面設(shè)備靜態(tài)試驗仿真方案進行研究。

針對融合基本數(shù)學(xué)算法驗證的仿真方案見表1，針對同向目標(biāo)流驗證的仿真方案見表2，針對角度分辯率驗證的仿真方案見表3，針對遠(yuǎn)距離支援干擾及長時間存在的雷達信號剔除驗證的仿真方案見表4，以同向目標(biāo)流驗證為例給出仿真方案的參數(shù)設(shè)計及評定標(biāo)準(zhǔn)見表5。

表1 驗證融合基本數(shù)學(xué)算法的仿真方案

表2 驗證同向目標(biāo)流的仿真方案

續(xù)表

用例仿真方案關(guān)聯(lián)結(jié)果64個雷達目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時間3s,在相同的雷達目標(biāo)距離時,出現(xiàn)3個與雷達目標(biāo)對應(yīng)的電子偵察目標(biāo)。3個電子偵察目標(biāo)與距離近的3個雷達目標(biāo)應(yīng)正確關(guān)聯(lián)。74個雷達目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時間3s,在相同的雷達目標(biāo)距離時,出現(xiàn)2個與雷達目標(biāo)對應(yīng)的電子偵察目標(biāo)。2個電子偵察目標(biāo)與距離近的2個雷達目標(biāo)應(yīng)正確關(guān)聯(lián)。84個雷達目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時間3s,在相同的雷達目標(biāo)距離時,出現(xiàn)1個與雷達目標(biāo)對應(yīng)的電子偵察目標(biāo)。電子偵察目標(biāo)與距離最近的1個雷達目標(biāo)應(yīng)正確關(guān)聯(lián)。

表3 驗證角度分辯的仿真方案

表4 驗證遠(yuǎn)距離支援干擾及長時間存在的雷達信號的仿真方案

續(xù)表

用例仿真方案關(guān)聯(lián)結(jié)果42個雷達目標(biāo),速度相同,方位相同,距離間隔時間3s ,對應(yīng)方位上出現(xiàn)3個電子偵察目標(biāo),其中一個電子偵察目標(biāo)為遠(yuǎn)距離干擾目標(biāo)(在雷達目標(biāo)發(fā)現(xiàn)之前,該電子偵察目標(biāo)已經(jīng)存在)2個雷達目標(biāo)與2個真實電子偵察目標(biāo)關(guān)聯(lián)

表5 驗證同向目標(biāo)流仿真方案的參數(shù)設(shè)計及評定標(biāo)準(zhǔn)

表6 驗證同向目標(biāo)流方案仿真結(jié)果記錄表

5 試驗仿真方案實施

艦面設(shè)備靜態(tài)檢查試驗是由電子偵察設(shè)備模擬器和雷達模擬器發(fā)送模擬單目標(biāo)信息或復(fù)雜態(tài)勢目標(biāo)信息，武器系統(tǒng)接收后進行融合處理，并將融合處理后的結(jié)果裝訂給筒彈模擬器[9]。利用錄取設(shè)備錄取到的網(wǎng)絡(luò)報文進行比對分析，通過檢查武器系統(tǒng)接收到的目標(biāo)信息與電子偵察設(shè)備模擬器發(fā)送的目標(biāo)信息一致性，能夠考核接口的正確性；通過檢查經(jīng)融合處理后給導(dǎo)彈裝訂的信息是否正確，能夠考核傳輸、裝訂通路和融合算法正確性；通過檢查融合在一起的目標(biāo)數(shù)量等信息是否與預(yù)定的態(tài)勢一致，能夠考核綜合態(tài)勢下的武器系統(tǒng)融合處理能力。同樣，以驗證同向目標(biāo)流方案為例，按照其仿真方案實施后得到仿真結(jié)果如表6所示。

6 結(jié)論

本文根據(jù)設(shè)定的19種復(fù)雜態(tài)勢，制定了艦面設(shè)備靜態(tài)檢查仿真方案包括融合基本數(shù)學(xué)算法驗證的仿真方案、同向目標(biāo)流驗證的仿真方案、角度分辯率驗證的仿真方案和遠(yuǎn)距離支援干擾及長時間存在的雷達信號剔除驗證的仿真方案。試驗方案實施后的結(jié)果表明，按照仿真試驗方案正確輸入雷達目標(biāo)信息和電偵設(shè)備目標(biāo)信息，武控融合關(guān)聯(lián)情況與評定標(biāo)準(zhǔn)一致，達到了檢查與驗證武控系統(tǒng)信息融合準(zhǔn)則和數(shù)據(jù)模型正確性的目的，從而實現(xiàn)對某型武控系統(tǒng)目標(biāo)信息融合性能的考核。