編隊信息處理精度分析研究*

鄭 強

（河北省秦皇島市海港區(qū)燕山大街331號 秦皇島 066000）

1 引言

從編隊情報體系看，編隊收集和處理的信息按來源可分為編隊指揮節(jié)點、編隊屬艦、岸基和編隊外平臺等［1]。其特點是層級多、傳遞過程長，導(dǎo)致在各級處理中引入的誤差來源多、誤差組成復(fù)雜。

以編隊屬艦信息處理過程為例，編隊指控輸出的信息至少經(jīng)過了3次處理，中間引入了包括雷達(dá)探測誤差、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差、時間對準(zhǔn)誤差、平臺導(dǎo)航定位誤差、通訊時延引起的額外外推誤差、數(shù)據(jù)截斷誤差等十余個誤差項［2]。

其中，可忽略的誤差有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換誤差、數(shù)據(jù)截斷誤差、艦內(nèi)時延引起的額外外推誤差，起主要作用的有平臺間時統(tǒng)誤差、時間對準(zhǔn)外推誤差、通訊時延引起的額外外推誤差、平臺導(dǎo)航定位誤差［3]。在典型的編隊精度指標(biāo)測試中，其主要誤差項如圖2所示，包括雷達(dá)探測誤差、屬艦融合時間對準(zhǔn)誤差、屬艦本艦定時輸出外推誤差、屬艦平臺導(dǎo)航定位誤差、指揮節(jié)點平臺導(dǎo)航定位誤差、編隊指揮節(jié)點融合時間對準(zhǔn)誤差、平臺間時統(tǒng)誤差［4]。

2 協(xié)同節(jié)點誤差影響分析

從產(chǎn)生原理上看，編隊信息處理各環(huán)節(jié)引入的誤差具有獨立性。編隊信息處理誤差等價于各環(huán)節(jié)引入誤差之和，每個環(huán)節(jié)的誤差越大，總的處理誤差越大［5]。其中協(xié)同節(jié)點誤差包含除指揮節(jié)點外的誤差，下面分別分析協(xié)同節(jié)點各項誤差的大小和影響。

圖1 典型編隊信息來源圖

圖2 典型編隊信息處理過程引入誤差項圖

圖3 典型編隊精度指標(biāo)測試引入誤差項

2.1 雷達(dá)探測誤差

雷達(dá)探測誤差包括距離、方位、仰角誤差，和航速、航向誤差。其中，距離、方位、仰角誤差直接影響信息處理誤差的大小、航速、航向誤差影響多種外推誤差的大小。航速、航向誤差越大，外推時間不變的情況下，外推誤差越大［6]。

記雷達(dá)探測航跡的目標(biāo)位置向量為Pt，速度向量為Vt，目標(biāo)速度向量的維數(shù)為N，N等于2或者3，那么Pt=(pi，t)i=1...N，Vt=(vi，t)i=1...N，這里p1，t為水平X方向的位置分量，p2，t為水平Y(jié)方向的位置分量，v1，t為水平X方向的速度分量，v2，t為水平Y(jié)方向的速度分量，記位置分量pi，t對應(yīng)的方差為速度分量vi，t對應(yīng)的方差為

2.2 本艦融合時間對準(zhǔn)外推誤差

基于2.1中的假設(shè)，那么位置外推方差：

一般雷達(dá)探測水面目標(biāo)航速誤差取5m/s，空中取速度的10%，Δt取2s時，水面目標(biāo)誤差為的空中目標(biāo)誤差為

2.3 本艦定時輸出外推誤差

按照2.1中假設(shè)，一般雷達(dá)探測水面目標(biāo)航速誤差取5m/s［7]，空中取速度的10%，Δt平均取0.5s，水面目標(biāo)誤差為的空中目標(biāo)誤差為

可以看出，本艦定時輸出外推誤差一般小于本艦融合時間對準(zhǔn)外推誤差。

2.4 本艦平臺導(dǎo)航定位誤差

北斗等平臺定位誤差一般為100m［8]，加上定位誤差后，信息處理誤差為

2.5 本艦融合模型失配誤差

本艦采用按標(biāo)稱精度的質(zhì)量加權(quán)平均融合方法。假設(shè)存在兩個時間同步探測序列其量測誤差 Δxi，Δyi相互獨立，且符合零均值的正態(tài)分布，即為x，y的誤差方差。

同理，質(zhì)量加權(quán)平均合成方法也適用于多雷達(dá)（兩個以上）航跡合成［9]，在這里便于介紹，簡單取兩個雷達(dá)作為例子。

因此，雷達(dá)實際誤差與標(biāo)稱誤差相差大的情況下，本艦融合模型失配，造成融合后誤差高于理論值。

2.6 協(xié)同艦與指揮節(jié)點平臺對時誤差

假設(shè)屬艦與指揮節(jié)點間平臺對時差Δt1，加入對時誤差后，信息處理誤差為

典型情況下，200m/s的靶機，對時差10s，該誤差為

2.7 丟包引起的額外外推誤差

按2.1假設(shè)，航向方差可表示為

由此可見，在外平臺信源穩(wěn)定探測時，誤差率越高，位置、速度等字段錯誤越頻繁，在統(tǒng)計意義上，一方面，正確數(shù)據(jù)的平均時間間隔越大，外推時間Δt2越大，外推方差越大；另一方面，航速與實際偏離越大，航向方差也越大。從而造成融合后的信息處理精度，包括位置、航速、航向的精度均降低。

例如，假設(shè)丟包率為p，單位時間內(nèi)發(fā)出的數(shù)據(jù)個數(shù)為n，收到的數(shù)據(jù)個數(shù)為m，那么

假設(shè)位置誤差是獨立零均值正態(tài)分布，那么丟包率為的情況下，外推誤差近似為無丟包情況下的倍。

3 指揮節(jié)點誤差影響分析

指揮節(jié)點誤差一般包括時間對準(zhǔn)外推誤差、導(dǎo)航定位誤差及融合模型失配誤差［10]。

3.1 指揮節(jié)點融合時間對準(zhǔn)外推誤差

按2.1中的假設(shè)，編隊融合時間對準(zhǔn)外推Δt3秒，那么位置外推方差：

3.2 指揮節(jié)點導(dǎo)航定位誤差

北斗等平臺定位誤差標(biāo)稱值一般為100m［11]，加上定位誤差后，信息處理誤差為

3.3 指揮節(jié)點融合模型失配誤差

編隊融合模型失配誤差計算方法與本艦相同［12]。

綜上，理論上編隊信息處理誤差：

其中，λ≥1。

可以看出，編隊信息處理誤差理論上高于來源的實際誤差。當(dāng)來源系統(tǒng)誤差大、通訊時延和平臺間時間差達(dá)到一定水平，平臺定位誤差接近標(biāo)稱值的情況下，編隊信息處理誤差有很大可能性高于來源的標(biāo)稱精度。

4 試驗分析

4.1 試驗設(shè)置

本文首先選用一艘指揮艦，一架直升機組成編隊，一艘水面艦艇作為目標(biāo)艦，均加裝GPS，試驗航路如圖4。

圖4 試驗航路圖

其中，指揮艦為右上綠色航跡，直升機為中部較稀疏航跡，目標(biāo)艦為左下藍(lán)色航跡。

表1 試驗設(shè)置

4.2 試驗條件

本次試驗條件中，有利的一面是平臺導(dǎo)航誤差較小，不利的一面是來源不滿足標(biāo)稱精度、系統(tǒng)誤差大導(dǎo)致融合模型偏差引起的誤差大，平臺間時差和通訊時延比較明顯。

1）機載雷達(dá)探測誤差不滿足標(biāo)稱精度

機載雷達(dá)探測誤差不滿足標(biāo)稱精度，特別是方位；系統(tǒng)誤差大，距離和方位系統(tǒng)誤差占總誤差的比重高。

2）艦機對時不準(zhǔn)與信道傳輸時延較大

平臺參數(shù)時延約3s～4s（見表9），直升機與GPS存在時間差（估計3s～4s）；直升機數(shù)據(jù)傳輸時延超過6s。

3）平臺導(dǎo)航誤差達(dá)17m。

4.3 試驗結(jié)果分析

直升機平臺探測上報給指揮節(jié)點，是典型的編隊信息處理試驗。在試驗中，存在融合模型失配、平臺定位誤差大、平臺間時間差、通訊傳輸時延等，造成編隊信息處理誤差高于來源，并且雷達(dá)誤差超標(biāo)導(dǎo)致其高于來源的標(biāo)稱精度。航跡穩(wěn)定段，目標(biāo)的空間距離精度略好于來源，融合的（實時）空間距離精度略好于來源。

5 結(jié)語

本文分析編隊信息處理誤差傳遞過程，研究了編隊信息處理過程中的誤差項，重點討論了協(xié)同節(jié)點的雷達(dá)探測誤差、本艦融合時間對準(zhǔn)外推誤差、本艦定時輸出外推誤差、本艦平臺導(dǎo)航定位誤差、本艦融合模型失配誤差、協(xié)同艦與指揮節(jié)點平臺對時誤差、丟包引起的額外外推誤差和指揮節(jié)點的融合時間對準(zhǔn)外推誤差、導(dǎo)航定位誤差和融合模型失配誤差。最后通過典型的編隊信息處理試驗，說明編隊信息處理過程中存在的誤差情況以及造成的處理誤差高于來源誤差情況。