韓衛(wèi)國，尹曉燕，蔡文彬

(1.中國人民解放軍91404部隊，河北 秦皇島 066001；2. 中國船舶重工集團公司第七二四研究所， 南京 211153)

0 引 言

在現(xiàn)代化信息作戰(zhàn)中，不同作戰(zhàn)群體各平臺的幾十個傳感器受體制、功能、部署等因素的影響難以高速有效提供一致的綜合空情態(tài)勢。這制約了武器系統(tǒng)協(xié)同進攻，難以使作戰(zhàn)群體構成有機聯(lián)系的戰(zhàn)斗整體，難以卓有成效地實現(xiàn)自身防御。

1 設計思想

大型水面艦艇具有較完善的探測設備。這些探測設備包括雷達、聲納、IFF、光電、紅外等各種傳感器，組成了一個可以覆蓋戰(zhàn)場環(huán)境的觀測網(wǎng)，其測量信息的維數(shù)、類型各不相同，精度也各異。一般有遠程雷達，負責中高空遠程警戒；中程雷達，負責中程對海和對空警戒；近程雷達，負責近程對海和對空搜索；跟蹤雷達和光電跟蹤設備具有很高的精度，負責為武器對海或對空射擊提供解算數(shù)據(jù)；聲納用于對潛搜索，紅外負責近程警戒，電子偵察負責探測目標的電子輻射信息，數(shù)據(jù)鏈負責跨平臺信息共享。

在多平臺聯(lián)合作戰(zhàn)中，目標統(tǒng)一態(tài)勢是基礎。目標統(tǒng)一態(tài)勢的生成依賴于各平臺各傳感器的信息融合。多平臺多傳感器信息融合由各平臺不同傳感器系統(tǒng)的各處理節(jié)點共同處理、協(xié)同完成，參與節(jié)點按照“各獻所知，各取所需”，通過協(xié)同鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸。區(qū)別于傳統(tǒng)的集中式(中心節(jié)點)處理方法，本算法針對多平臺多傳感器目標統(tǒng)一態(tài)勢生成分布式處理進行研究。如圖1所示，每一個節(jié)點均為一個融合節(jié)點，采用分布式融合的思想，將探測和處理任務合理分布在各節(jié)點，每個節(jié)點上的傳感器負責各自的探測任務，進行處理后向其他節(jié)點輸出處理結果，同時每個節(jié)點根據(jù)本節(jié)點的探測處理結果和接收到的其他節(jié)點的處理結果信息完成態(tài)勢的合成和處理，并進行處理后完成數(shù)據(jù)的上報。

圖1 跨平臺多傳感器協(xié)同目標態(tài)勢生成示意圖

本算法為一種分布式融合算法，每個融合節(jié)點都根據(jù)相應的規(guī)則對接收到的信息進行處理。然而，在實際使用過程中，不同的平臺根據(jù)實際需要會賦予特定的工作職能，根據(jù)相應的工作職能各個平臺可能會有不同的融合處理規(guī)則。在本算法研究應用場景中，設置一艘攔截艦和若干艘協(xié)同艦。攔截艦配置有雷達、紅外傳感器和武器系統(tǒng)。攔截艦要打擊的目標為目指目標，其他已錄取建航的目標為其他目標。每艘艦為一個融合節(jié)點，每個融合節(jié)點實時接收各節(jié)點傳感器輸出的原始目標數(shù)據(jù)和其他融合節(jié)點輸出的融合目標數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理，如圖2所示。

圖2 跨平臺多傳感器協(xié)同目標態(tài)勢生成原理框圖

1.1 目標預處理原則

對本節(jié)點接收的本節(jié)點原始目標數(shù)據(jù)和其他節(jié)點融合目標數(shù)據(jù)進行關聯(lián)比對。若本節(jié)點原始數(shù)據(jù)與其他節(jié)點融合目標數(shù)據(jù)不相關則判為此節(jié)點首次發(fā)現(xiàn)目標，由本節(jié)點進行目標航跡融合處理，建立批號對照表。統(tǒng)一批號采用節(jié)點標識加發(fā)現(xiàn)節(jié)點原始批號構成，編批后使用統(tǒng)一批號進行數(shù)據(jù)分發(fā)。

當某節(jié)點接收到其他節(jié)點融合目標數(shù)據(jù)后本節(jié)點無此目標數(shù)據(jù)，則將目標信息傳送至本艦傳感器，并為此目標分配批號，進行建航跟蹤，置保持標記，無論本艦傳感器是否有探測到此目標，航跡始終保持。當某節(jié)點跟蹤的目標航跡質量小于1時，不對外輸出此目標的原始數(shù)據(jù)。

1.2 航跡融合處理原則

各節(jié)點進行航跡融合處理時，總的原則是任一目標只能在一個節(jié)點上進行融合處理并輸出，目指目標必要由攔截艦進行融合處理輸出。

1.2.1 目指目標融合處理

由攔截艦負責對目指目標的態(tài)勢進行融合處理，處理的優(yōu)點如下：

(a) 保證數(shù)據(jù)輸出延時最小，由融合處理部分將延時產(chǎn)生的誤差消化；

(b) 可由攔截艦融合本艦光電傳感器共同提高目標精度；

(c) 與武器系統(tǒng)緊密結合，共同提升本艦攔截效率和可靠性。

1.2.2 其他目標融合處理

由發(fā)現(xiàn)艦負責對其他目標進行處理。由于威力或視距原因，造成發(fā)現(xiàn)艦航跡質量持續(xù)降低時切換至威力范圍內質量最高艦船進行融合處理。優(yōu)點如下:

(a) 由威力范圍內艦艇對目標進行處理使得數(shù)據(jù)處理精度得到保障；

(b) 減少攔截艦的數(shù)據(jù)處理壓力。

1.2.3 融合處理節(jié)點優(yōu)先級順序

(a) 目指艦船；

(b) 發(fā)現(xiàn)艦船；

(c) 發(fā)現(xiàn)艦船丟失后轉至質量最高的艦船。

1.3 目標交接處理原則

在各節(jié)點目標融合處理過程中，由于目標被設為目指目標，航跡質量下降或鏈路斷開等原因時需進行目標交接處理。

1.3.1 目指原因交接

如果某一協(xié)同艦融合處理的目標被設置為目指目標，則由攔截艦向此協(xié)同節(jié)點發(fā)送融合交接申請。目標交接后由攔截艦對目指目標進行融合處理，協(xié)同艦接收融合目標數(shù)據(jù)。

1.3.2 航跡質量下降交接

如果融合目標的航跡質量下降則由當前融合節(jié)點通過威力范圍判斷，向協(xié)同節(jié)點發(fā)送融合交接請求。目標交接后，原融合節(jié)點只發(fā)送原始目標數(shù)據(jù)，不再進行融合處理；新融合節(jié)點進行融合處理，并發(fā)送融合后的目標數(shù)據(jù)。

1.3.3 鏈路斷開交接

(a) 斷網(wǎng)判斷

若節(jié)點在一定時間內未收到某協(xié)同艦狀態(tài)數(shù)據(jù)，表明此節(jié)點鏈路斷開。當前節(jié)點目指目標進行正常處理，非目指目標使用當前節(jié)點原始數(shù)據(jù)進行更新。

(b) 融合目標交接協(xié)調方法

發(fā)現(xiàn)某節(jié)點斷網(wǎng)后，如果本節(jié)點傳感器探測到目標，則使用本節(jié)點數(shù)據(jù)對斷網(wǎng)節(jié)點負責的目標進行處理，并輸出融合航跡數(shù)據(jù)。其他協(xié)同節(jié)點收到融合的數(shù)據(jù)后，根據(jù)質量判斷準則確定是否在當前節(jié)點進行融合處理。

(c) 質量判斷準則

根據(jù)原始航跡質量、節(jié)點號較小艦船進行交接原則進行判斷，如果全都相同則在下個周期進行判斷。

1.3.4 目標融合處理校驗機制

為防止目標交接過程中導致交接處理不成功，目標未被融合處理，需要每個節(jié)點對目標是否更新進行判斷，若存在某一融合目標在一定時間內未被刷新，則按照融合目標交接協(xié)調方法進行后續(xù)處理。

1.4 目標刪批處理原則

1.4.1 人工刪批

任一節(jié)點對原始目標進行刪除后，融合目標使用融合數(shù)據(jù)進行維持，在雷達顯示界面不進行顯示。當維持此目標的節(jié)點數(shù)為0時，融合目標刪除，并同時刪除所有協(xié)同艦船上此目標的原始目標。

1.4.2 自動刪批

當且僅當所有艦船都無法觀測到目標且融合目標航跡質量下降至0時，刪除融合目標，并刪除所有協(xié)同艦船上的此批目標信息。

2 實現(xiàn)方法

本算法實現(xiàn)的具體信息流程圖如圖3所示。

圖3 跨平臺多傳感器協(xié)同目標態(tài)勢生成算法信息流程圖

3 結束語

雷達是現(xiàn)代化信息戰(zhàn)中的重要傳感器，受單平臺雷達性能、資源和使用環(huán)境的限制，存在抗干擾、復雜環(huán)境下對低可觀測及隱身目標探測和對目標快速建航及抗局部密集飽和攻擊等能力上的不足。光電、紅外等傳感器又是雷達探測的有效補充。進行多平臺多傳感器協(xié)同組網(wǎng)探測是彌補上述不足很有效的手段。

本文提出了一種針對跨平臺多傳感器目標統(tǒng)一態(tài)勢生成的分布式融合算法，并詳細介紹了具體實現(xiàn)方法，對后續(xù)多平臺多傳感器協(xié)同組網(wǎng)的深入應用打下了基礎。