對敵我識別信號的主被動偵察定位技術研究

吳 昊，趙巾衛，劉志武，盧 鑫，聶海江，朱曉丹

（中國航天科工集團8511 研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

敵我識別偵察研究作為電子偵察領域的一個重要內容，是獲取軍事情報的重要渠道。然而，敵方敵我識別應答機開機時間有限，對其偵察必須采取有效措施，增加敵應答機開機工作時間以提高時間截獲概率。

通過對敵我識別信號的主被動一體偵察定位技術的研究，可有效獲取戰場態勢，為信息獲取系統采取相應對抗措施提供依據，保證復雜電磁環境下的預警探測和防御反擊等能力。該項研究有較大應用價值。

1 工作原理

對敵我識別信號的主被動一體偵察主要具備電子偵察與主動探測2 種工作模式。

電子偵察工作模式下,系統可采用二維干涉儀測向體制，結合解碼獲得的目標高度經驗信息，實現對空中目標的單站定位。主動探測工作模式下,系統通過輻射敵我識別模擬信號誘導敵方敵我識別應答機開機,以獲取測距信息，結合二維測向信息進一步提高定位精度。對敵我識別信號的主被動一體偵察場景如圖1 所示。

圖1 敵我識別信號主被動一體偵察場景

2 主被動協同偵察工作流程

正確使用被動偵察系統，可有效減少主動誘發系統的電磁輻射時間，提高系統生存能力和抗干擾性能；利用主動方式使敵方敵我識別系統開機，可有效提高系統發現目標的概率，并測得目標與觀測平臺之間的距離。

為了提高系統綜合性能，根據不同情況，主被動協同偵察使用流程如下：

1）利用電子偵察對海空大區域內的目標進行搜索、截獲、分析、檢測、識別以及定位，并基于已有的目標數據庫進行目標類型判別和目標的威脅等級分類；

2）利用電子偵察提供的目標位置和屬性信息，引導系統主動誘發敵我識別信號對目標區域進行探測并判斷是否有更新的目標信息數據；

3）綜合利用主動誘發所偵察的信息與電子偵察信息數據進行信息融合處理，獲取高性能、高可靠的目標信息結果。

復合探測工作流程圖如圖2 所示。

圖2 復合探測工作流程圖

3 敵我識別主動探測技術

敵我識別詢問信號高精度模擬需要根據不同的任務以及目標，模擬出高逼真度的敵我識別詢問信號,并按照特定的詢問規律發射，從而誘導實施電磁靜默的作戰對象發射敵我識別應答信號。

(1)分別針對高峰期和非高峰期的發車間隔進行優化，高峰期的發車間隔誤差為±10 s，非高峰期發車間隔的誤差為±30 s。

主要考慮2 種思路進行高保真模擬。

一是根據敵我識別詢問信號協議標準完成模擬。敵我識別各模式標準如圖3 所示。

圖3 敵我識別主要模式及其格式

二是根據偵察到的詢問信號參數完成模擬。根據偵察到的詢問信號脈沖間隔、周期以及詢問規律等模擬誘導信號，或者提前存儲偵察到的敵我識別詢問信號，通過放大轉發完成主動探測信號的發射。

敵我識別詢問、應答信號的配對主要獲取不同類型或不同型號輻射源對不同詢問的反應規律，為高效的主動探測提供最優的詢問模式選擇。復雜環境下可能同時存在多個敵我識別詢問臺，導致偵察系統接收到多個敵我識別應答信號的概率大大增加，如何判斷偵收應答信號與我方輻射詢問信號的匹配度是技術難點。

正常情況下，詢問與應答是相互伴隨的，應答機在接收到詢問信號之后開始應答，考慮可能的傳播路徑差，需取一個合理長度的滑動時間窗，并對落在時間窗內的詢問和應答信號進行關聯，若能判定它們之間的詢問和應答類型一致，則認為是一對配對信號，并通過相對時間延遲信息獲取距離測量結果。

4 敵我識別單站定位技術

敵我識別單站定位是根據目標與觀測站之間的方位與俯仰角以及目標的距離測量值（高度碼，被動模式下）對目標位置進行定位。

在水平定向坐標系下定位模型圖如圖4 所示：圖中、、為水平定向坐標系，平面為地面的切面，為坐標原點(即觀測站位置)，為目標位置。為目標到地心的連線與地面的交點，||即為目標高度，設為，為測得的目標方位角，為測得的目標俯仰角。目標的定位就是在已知、、的情況下計算目標的位置。

圖4 單站無源定位模型

因此在電子偵察模式下，只需得到即可得到目標的定位結果。

在主動探測模式下，由于獲得了目標距離信息，可結合方位、俯仰信息實現單站高精度定位。則目標的坐標(x,y,z)為：

電子偵察模式下，因為目標的高度信息是通過敵我識別編碼脈沖得到的，所以在下面的仿真中，可以假定目標的高度信息誤差為零。

方位精度 1°、俯仰精度0.3°、俯仰角4°時單站定位精度如圖5所示。俯仰角10°時單站定位精度如圖6所示。

圖5 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、俯仰角4°)

圖6 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、俯仰角10°)

從圖5—6 可以看出：俯仰角＞4°,相對定位精度為8%；俯仰角＞10°時,相對定位精度為3.5%。

主動探測模式下，由于獲得了距離信息，可有效提高定位精度，采用與電子偵察模式相同的仿真條件，單站定位精度如圖7 所示。

圖7 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、測距精度30 m)

在完成對目標的單站定位后，采用跟蹤濾波方法，可以提升對運動目標的定位跟蹤精度。為兼顧到確定性機動和隨機性機動2 種情況，研究重點關注勻速運行、勻加速運行2 種運行模型。

在選定目標運動模型的基礎上，擬采用交互式多模型（IMM）處理方法實現目標運動模型自適應匹配。該算法采用多個不同的運動模型來分別匹配目標的不同運動狀態，盡可能真實地反映目標的機動情況。IMM 算法是在濾波性能和算法復雜度方面的一個完好折衷，計算量僅與一階廣義偽貝葉斯(GPB1)算法相當，但濾波精度卻能達到二階廣義偽貝葉斯算法的濾波精度。在計算過程中各個模型進行并行濾波，同時各模型之間根據馬爾科夫轉移概率進行轉移，最終各個模型濾波結果的加權求和即為目標狀態的最終估計結果。IMM 算法處理流程如圖8 所示。

圖8 交互式多模型算法處理流程

通過作戰對象分析可見，空中動目標在作戰過程中往往會采用具有一定特征的飛行航跡，如圓形、“8”字形、跑道形等航跡，在較為穩定的高度、以勻速飛行的方式執行任務，而較為穩定的飛行高度可作為先驗知識，為快速跟蹤濾波方法設計提供基礎。圖9 為對4 類飛行航跡的跟蹤效果，假設飛機飛行速度為500 m/s。

圖9 4 類飛行航跡跟蹤仿真結果

5 結束語

本文分析了主被動協同偵察一體化工作原理，給出了協同偵察工作流程。描述了敵我識別主動探測手段，提出了對敵我識別信號單站定位與運動目標跟蹤方法。通過仿真驗證了其定位效能。目前對敵我識別主動偵察方法只是從理論上探究了可行性，實際運用時，還需要進一步地通過試驗來完善。