張范軍 胥 剛

（1.中國人民解放軍91001部隊，北京 100841；2.中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇南京 210023）

0 引言

由于信息來源的多樣性，在信息處理中必然會遇到許多新的問題，如多個相同或不同類別的探測器無法提供全面的方向測量，需要同時處理不同速度的信息源，存在信息格式不同、傳感器測量精度差異、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等問題。如何將現(xiàn)有情報源的各種特征與新類型的情報源進行融合，運用到飛行指揮系統(tǒng)中，建立起監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的綜合空情，成為一個迫切需要解決的問題。

1 飛行系統(tǒng)情報系統(tǒng)處理中的常見問題

飛行系統(tǒng)主要用于機場設(shè)施和飛機停放時的監(jiān)控和指揮。機場安保工作可以實現(xiàn)對機場全景和重要區(qū)域的自動視頻監(jiān)控，使管理者能夠及時了解現(xiàn)場的狀況，從而增強對突發(fā)事件的預(yù)防[1]。在飛行指揮中，可為指揮人員提供直觀的視頻動態(tài)，保證指揮及時準(zhǔn)確。特別是在飛機發(fā)生空中故障或因天氣惡化、能見度低急劇減速時，可以有效指導(dǎo)降落和減速工作。在飛行指揮信息系統(tǒng)中，一旦信息系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤，將會造成嚴(yán)重的安全事故。在降落過程中，指揮人員可以通過情報系統(tǒng)查看飛機的狀態(tài)、脫離滑行、是否放下起落架等，以指導(dǎo)駕駛員進行修正。傳統(tǒng)情報處理模式在測量精度和時間精度方面都存在著一定的缺陷，難以適應(yīng)航空安全的需要，這些問題促進了多源情報信息航跡融合處理模式的產(chǎn)生。

2 建立多源情報信息航跡融合處理模式的重要性

在飛行系統(tǒng)情報系統(tǒng)中，多源信息的應(yīng)用一直是航空情報領(lǐng)域的一個重要課題。不同類型的資料，其情報資料的側(cè)重點也不盡相同。在航空情報領(lǐng)域，要實現(xiàn)對航空情報的綜合評價，必須根據(jù)不同的研究目標(biāo)，選擇多種數(shù)據(jù)進行信息融合，以達到更科學(xué)、更客觀的效果。另外，隨著計算機、機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，多源信息融合技術(shù)和手段已不再局限于數(shù)據(jù)類型的融合，而是更加注重融合的深度和方式。融合處理模式基于信息融合技術(shù)，對目標(biāo)進行全方位、多維的觀察，獲取了海量的、相輔相成的信息，利用目標(biāo)追蹤技術(shù)，可以估算出目標(biāo)的位置、速度、特征和未來的狀態(tài)[2]。多個傳感器的航跡生成系統(tǒng)的優(yōu)勢很多，為了提高整個系統(tǒng)的生存性，系統(tǒng)充分利用了多個傳感器所獲得的冗余信息，在某些局部平臺受到干擾或發(fā)生故障的情況下，該系統(tǒng)不會徹底停機，仍然能夠正常工作；系統(tǒng)的覆蓋面積充分拓展，通過對各個節(jié)點的工作空間進行交叉覆蓋，使一個節(jié)點能夠檢測到其他節(jié)點不能監(jiān)控的區(qū)域，從而提高了空間覆蓋的能力；由于各傳感器的工作時間存在差異，因而能夠充分利用時間上的互補信息，提高整個系統(tǒng)的時域性能；為了提高跟蹤精度，各個傳感器對各個方向的檢測準(zhǔn)確度也有一定的差異，通過多個節(jié)點的冗余信息，可以提高系統(tǒng)的多維分辨率，提高整個系統(tǒng)的跟蹤精度。采用分布式的系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮各個傳感器的優(yōu)點，實現(xiàn)對傳感器的靈活選擇，降低成本。多平臺多傳感器產(chǎn)生軌跡是通過多個不同的數(shù)據(jù)源實現(xiàn)對目標(biāo)的追蹤，通過多個不同的傳感器對多個不同的平臺進行數(shù)據(jù)的采集，并對單個平臺進行跟蹤，從而獲得目標(biāo)的局部軌跡。利用通信網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳送，將各平臺的飛行軌跡發(fā)送到預(yù)定的融合中心。融合中心對接收到的數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)、關(guān)聯(lián)、融合等一系列的處理，最終形成被觀察對象的系統(tǒng)軌跡，從而獲得目標(biāo)跟蹤的全局結(jié)果。

3 多源情報信息航跡融合處理模式建立及效果分析

3.1 模式建立

信息融合技術(shù)以多個傳感器為硬件基礎(chǔ)，每個傳感器都能獨立地觀察目標(biāo)，通過信息融合技術(shù)將所獲得的大量冗余性信息進行融合，最終形成一個統(tǒng)一的、全面的、準(zhǔn)確的、全方位的描述。該方法具有較高的可靠性和科學(xué)性。基于傳統(tǒng)的信息融合模型和一般的體系結(jié)構(gòu)，多傳感器目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)在實際應(yīng)用中得到了一些改善。在多平臺上，各個平臺在獲得觀察數(shù)據(jù)后，分別對機動目標(biāo)進行濾波和跟蹤，獲得局部跟蹤軌跡，并將其傳送到融合中心。在融合中心進行數(shù)據(jù)融合之前，必須經(jīng)過時間和空間的匹配，以確保系統(tǒng)的精確性和高效性。

在分析影響目標(biāo)處理準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，在多源情報信息中加入時空對準(zhǔn)、交會處理、目標(biāo)關(guān)聯(lián)和平滑處理等多種融合處理技術(shù)，以達到早期發(fā)現(xiàn)和持續(xù)跟蹤目標(biāo)的目的，及早提供目標(biāo)信息，為精確跟蹤測量裝置提供目標(biāo)指導(dǎo)信息，為高效操作、實現(xiàn)顯示軟件和指令導(dǎo)航軟件的功能提供了有力的支持[3]。在本地平臺上，每個傳感器都可以獨立地觀察目標(biāo)，通過數(shù)據(jù)級的時間和空間上的校準(zhǔn)，利用每個傳感器的觀察數(shù)據(jù)進行濾波和追蹤，產(chǎn)生相應(yīng)的跟蹤軌跡，由本地平臺進行多條航跡的關(guān)聯(lián)運算，并將多條航跡合并到一起。

每個平臺單獨觀察一個目標(biāo)，經(jīng)過濾波處理產(chǎn)生局部航跡，向系統(tǒng)中心傳送本地的航跡，在系統(tǒng)中心接收到本地的數(shù)據(jù)后，對航跡進行定位，再進行多個目標(biāo)的跟蹤，因為每個區(qū)域的數(shù)據(jù)處理周期和報告的時間都不一樣，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析出現(xiàn)了錯誤[4]。在融合過程中得到的各個區(qū)域航跡被預(yù)測到下一個融合時間點，通過相關(guān)算法進行預(yù)測，從而有效地避免了由于飛行時間不一致引起的錯誤。在完成了相關(guān)判別后，融合中心對多個被識別為相同的航跡進行分步融合，并分別對非相關(guān)的目標(biāo)進行獨立的處理，獲得了系統(tǒng)的航跡。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程

在該數(shù)據(jù)融合模式中，處理程序由下列級別組成：第一層次為目標(biāo)評價，包括數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、位置估計、運動參數(shù)估計、識別參數(shù)估計等。第一階段是信息融合中最基本的一步，它的處理結(jié)果將成為信息融合的基本信息。其中，多源數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)是將原來由各個傳感器平臺所獲取的時空非同步信息，按統(tǒng)一的空間坐標(biāo)和時間基準(zhǔn)進行配準(zhǔn)，為以后的處理提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，將不同來源的信息歸類到相同的對象，將這些信息進行合并和融合；第二層次是形勢評估，它是對整個戰(zhàn)斗形勢的抽象和評價。根據(jù)戰(zhàn)場上敵我雙方的情報，結(jié)合周圍的情況，對敵人的戰(zhàn)場情況、戰(zhàn)斗力分布、戰(zhàn)術(shù)意圖等進行全面的分析，從理論上分析各種假設(shè)的可能性，為作戰(zhàn)決策提供依據(jù)，并據(jù)此制定相應(yīng)的對策；第三層次為影響評價，將目前的總體形勢與將來的狀況進行映射，對所關(guān)心目標(biāo)的未來狀況和行為趨勢進行預(yù)測，從而實現(xiàn)對形勢的有效分析。在軍事上，對敵我雙方的行動傾向進行估算，對其發(fā)生的概率進行預(yù)測和估算，可以起到提供情報的作用，以便進行支援和部署；第四層次是流程評價，該流程位于較高層次。通過建立一套系統(tǒng)的最優(yōu)指標(biāo)，實時監(jiān)測和評估整個系統(tǒng)的運行情況，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r地進行資源配置，以達到滿足實時性和精確度的要求。

3.2 效果分析

格式轉(zhuǎn)換及修正誤差功能是將所獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，并利用錯誤校正方法校正位置的誤差，使多源數(shù)據(jù)的相關(guān)處理成為可能。格式轉(zhuǎn)換及糾錯功能是將獲取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，并利用錯誤校正方法校正位置的誤差，從而使多源數(shù)據(jù)得到相應(yīng)處理。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)處理功能是根據(jù)設(shè)置的準(zhǔn)則，對不同來源的數(shù)據(jù)進行判定，對錯誤校正后的數(shù)據(jù)進行時間校準(zhǔn)[5]。根據(jù)目標(biāo)位置、次碼、呼號等信息，進行相應(yīng)的計算和綜合判定，確定不同來源的數(shù)據(jù)與目標(biāo)之間的聯(lián)系。

目標(biāo)狀態(tài)評估功能可以對目標(biāo)的當(dāng)前位置進行估算。根據(jù)任務(wù)類型、信息來源、目標(biāo)能力等因素，采用卡爾曼濾波或多源定位的方法估算目標(biāo)的位置。例如，在跟蹤監(jiān)控的情況下，選用卡爾曼濾波器和多源定位技術(shù)對目標(biāo)進行定位；在多機對抗任務(wù)中，利用主站的實測資料，根據(jù)相關(guān)關(guān)系和信息來源的特性，估算出目標(biāo)的位置[6]。目標(biāo)信息服務(wù)是指根據(jù)特定的格式和內(nèi)容，根據(jù)用戶的個性化要求，實現(xiàn)對目標(biāo)信息的服務(wù)。情報業(yè)務(wù)主要是為目標(biāo)的情況監(jiān)控提供信息支撐。

針對多個傳感器的數(shù)據(jù)融合特性，結(jié)合飛行測試的實際，對目前的飛行指揮系統(tǒng)進行優(yōu)化，選擇混合多傳感器的航跡融合方式，利用傳感器的數(shù)據(jù)進行融合，獲取更豐富、更精確的目標(biāo)運動參數(shù)，并將全部信息用平面顯示器和多功能顯示器顯示出來，從而為指揮員提供更加準(zhǔn)確、穩(wěn)定、及時的導(dǎo)航信息。在飛行指揮時，指揮員會通過觀看顯示器，將目標(biāo)的身份、高度、速度矢量和其他相關(guān)信息顯示出來，同時還顯示了觀察到的不同機動路徑和預(yù)期結(jié)果，以便按照指令對指揮系統(tǒng)進行調(diào)度，并對飛行環(huán)境產(chǎn)生影響，對原來的航線進行修正[7]。同時，可以將規(guī)劃行為和程序?qū)肭闆r數(shù)據(jù)庫，對合成推理進行支持。

4 結(jié)語

根據(jù)科技發(fā)展的需要，將時空對準(zhǔn)、交會處理、目標(biāo)關(guān)聯(lián)、平滑等各種信息融合處理技術(shù)運用于航空指揮系統(tǒng)，使其能夠獲得更為實時、準(zhǔn)確、完整的空中態(tài)勢，并從根本上改進原有的軟件功能，解決了以往對低 RCS 目標(biāo)監(jiān)測不足的問題，改進了對多源信息的處理流程，能夠讓飛行指揮系統(tǒng)在處理情報信息方面有更高水平的作用。