主/被動雷達復合制導設備模擬方法研究

劉富強

(解放軍91404部隊，秦皇島 066001)

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主/被動雷達復合制導設備模擬方法研究

劉富強

(解放軍91404部隊，秦皇島 066001)

摘要：近年來反艦導彈導引頭普遍采用了主/被動雙模復合制導方式。對主/被動雷達復合制導方式進行了分析，根據現有的單模導引頭特點，研究了如何對兩部單模導引頭進行數據關聯、融合識別、融合跟蹤和時空校準等，制成了主/被動復合制導模擬設備。

關鍵詞：主/被動復合制導；末制導雷達;導引頭

0引言

目前，新型艦艇雷達對抗能力顯著提高，具有對抗復合體制制導雷達的手段。主/被動雷達復合制導技術被普遍應用于反艦導彈上，國外典型裝備有俄羅斯的“馬斯基特”、“寶石”超音速反艦導彈和日本的XASM-3反輻射型反艦導彈等。本文對主/被動雷達復合制導的方式進行了分析，結合現有單模雷達導引頭和寬帶被動導引頭的特點，研究了決策級和特征級復合方法，形成了主/被動雷達雙模復合制導模擬設備，用作試驗、訓練的保障。

1主/被動雷達復合制導方式

主/被動雷達復合導引頭可以充分融合2種制導方式的優點，抗干擾性能較單一制導方式更好。2種制導方式的特點對比如表1所示。

表1　2種制導方式的優缺點對比

復合方式分為決策級和特征級2種。決策級復合是指依靠各單模導引頭輸出最終探測信息，這種方法的優點是實時性好，容錯能力強，能進行決策層次的處理和數據融合。決策級復合流程圖如圖1所示。

圖1　決策級復合流程圖

由于被動雷達作用距離遠且隱蔽性較好，其先截獲目標，隨著導彈飛行，當彈目距離進入主動雷達作用距離范圍，被動雷達交班給主動雷達，采信主動雷達跟蹤結果，被動雷達保持跟蹤。如主動雷達受到干擾，再交班給被動雷達，采信被動雷達跟蹤結果，被動雷達持續引導主動雷達重新搜索跟蹤目標。

主/被動雷達復合導引頭特征級復合制導典型裝備如日本的XASM-3反輻射型反艦導彈。特征級復合是基于2個導引頭提取的目標特征進行復合處理，完成共同制導的。其優點在于實現了信息壓縮，比決策級融合多保留了目標信息，減少了信息損失，但實時性相對較差，數據處理占用資源大[1]。特征級復合流程圖如圖2所示。

圖2　特征級復合流程圖

2主/被動雷達決策級復合方法

2.1時空校準

(1) 空間校準

通過結構安裝的方式實現空間校準，如圖3所示。主動雷達導引頭和被動雷達導引頭同一平臺架設，調整被動雷達導引頭和主動雷達導引頭中心軸線，使其與平臺中心軸線平行，通過結構件進行固定，利用雷達跟蹤角度值修正系統差和隨機差實現空間校準。

圖3　空間校準示意圖

(2) 時間校準

造成時間不同步的原因是不同設備的采樣周期、處理速度等不同，在進行復合處理之前，必須對其進行時間校準。時間校準示意圖如圖4所示。對數據進行線性插值，以數據周期小的主動雷達數據為時間基準，T1和T2分別為主動雷達和被動雷達導引頭輸出的數據周期，T1

圖4　時間校準示意圖

利用分段線性插值法可以得到被動雷達在t時刻對目標的測量值為：

(1)

2.2數據關聯

ψ1為主動雷達航向角，其標準差為δ1； ψ2為被動雷達航向角，其標準差為δ2。若2部導引頭跟蹤一個目標，按照3δ概率論準則，2部導引頭探測的目標航向角的一次差不大于3(δ1+δ2)+δ(δ為空間校準誤差)的機率約為0.998，即：

(2)

為提高判斷的準確性，依據3/3法準則，即連續比較3次，如果上式3次成立則判定2部雷達均未受到干擾，跟蹤的是同一目標，否則認為受到了干擾。因被動雷達不易受到干擾，則可判定主動雷達跟蹤的是干擾，主動雷達重新搜索跟蹤目標后，再和被動雷達進行數據關聯，一直到3次滿足上述公式。

2.3融合決策

除了一般復合原則外，本文根據D-S證據理論進行決策級復合的融合識別，D-S證據理論中最基本的概念是識別框架U，U為變量A的所有可能的窮舉集合，且框架中的各個元素互不相容。U的冪集(2U)構成了命題的集合。在2U上定義基本概率賦值函數m：2U→[0，1]，且滿足：

(3)

命題的信任函數bel和似然函數pls分別定義為：

(4)

(5)

式中：bel(A)表示對A的總的信任；pls(A)表示不否認A的程度。

[bel(A)，pls(A)]構成命題A的不確定區間。

D-S證據理論的融合法則是反映證據聯合作用的一個法則，融合法則為：

設bel1和bel2為同一識別框架上的2個信任函數，m1和m2分別是對應的概率賦值函數，焦元分別為A1，…，Ak,B1，…，Br，又設：

(6)

則：

(7)

3主/被動雷達特征級復合方法

特征級復合方式與決策級復合基本相同，不同之處在于特征級復合能夠利用主動和被動雷達導引頭的探測信息進行融合識別和融合跟蹤，2部雷達輸出信息經過融合后即為特征級復合后的輸出信息。

3.1融合識別

主動雷達提供的距離和方位精度高，被動雷達提供的方位精度低。要實現高精度識別，只能依靠主動雷達。但對于反艦導彈而言，主動雷達面臨的干擾較多，被動雷達面臨的干擾較少且隱蔽性好，通過雙模復合可提高抗干擾性能。本文簡單介紹2種融合識別方案[3-4]。

(1) 基于主動雷達回波信號和被動輻射源的干擾識別

采集主動雷達導引頭視頻回波和被動雷達跟蹤信號源脈沖描述字(頻率、脈寬、重頻、波形、幅度)，利用艦船和干擾(箔條、角反和有源誘餌)的回波特性差異進行抗干擾識別，箔條和艦船回波特性如表2所示。

干擾和艦船回波存在差異，但僅靠回波特性進行抗干擾成功率并不是特別高。尤其是無源質心干擾，利用被動雷達導引頭不受箔條、角反射體、有源誘餌影響的特性，可以根據信息裝訂威脅目標數據庫，融合識別干擾與艦船目標，能夠顯著提高識別概率。

表2　干擾和艦船回波特性對照表

(2) 基于主動和被動雷達探測信息的干擾識別

由于干擾被動雷達導引頭的措施(誘餌)對主動雷達導引頭無干擾效果，而干擾主動雷達導引頭的措施(箔條、角反、有源誘餌等)對被動雷達導引頭無干擾效果，如圖5所示。圖中的3個目標檢測示意圖分別表示檢測后的“主動雷達檢測圖像”、“被動雷達檢測圖像”和“融合識別后圖像”，這些示意圖中的檢測目標分別用“X”，“○”和“▲”表示，經過融合檢測后，大部分的干擾能夠被濾除。

圖5　對比后消除干擾示意圖

3.2融合跟蹤

融合跟蹤的功能是通過主動雷達和被動雷達對目標的測量結果，提高對目標跟蹤的穩定性和精度。雷達導引頭測量數據包括r(距離)、ψ1(方位角)信息。被動雷達導引頭測量數據只有ψ2(方位角)。設Y為觀測向量，Z為狀態向量，H為觀測矩陣，V為觀測誤差(零均值高斯白噪聲)，R為觀測誤差的自協方差矩陣。則觀測方程為：

Y=HZ+V

(8)

(9)

(10)

(11)

由加權最小二乘法估計得：

(12)

則：

(13)

融合后的誤差協方差矩陣為：

(14)

由上式[5]可見，融合后誤差協方差矩陣的方位角誤差小于單模導引頭的方位角誤差。

4結束語

通過對現有設備接口改造的方式，應用本文提出的復合邏輯，能夠實現單模導引頭兩兩復合，形成復合制導設備，具有一定的經濟效益。但是，由于主動和被動雷達導引頭體制不同，測量信息交集很少，這里所提到的特征級融合處理算法也是基于單模導引頭自身測量數據的融合，目前還遠沒有達到信號級復合，這也將是今后很長時間內研究探索的方向。

參考文獻

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[2]林華，玄兆林，劉忠.用于多傳感器目標跟蹤的數據時空校準方法[J].系統工程與電子技術，2004，26(6)：833-835.

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[4]李相平,李世忠.反艦導彈毫米波主被動復合制導導引頭設計探討[J].現代電子技術,2008(3):262-269.

[5]李炯，雷虎民，劉興堂.基于D-S證據理論的多模復合制導目標識別[J].光電與控制，2007，14(3)：49-50.

Research into Simulation Method of Active/Passive Radar Composite Guidance Device

LIU Fu-qiang

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Abstract:Active/passive dual-mode composite guidance mode is commonly applied to anti-ship missile seeker at present.This paper analyzes the active/passive radar composite guidance mode,according to the characteristics of existing single-mode seeker,studies into how to perform the data association,fusion recognition,fusion tracking and space and time calibration,etc.to two single-mode seekers,makes a simulative device of active/passive composite guidance.

Key words:active/passive composite guidance;terminal guidance radar；seeker

收稿日期:2015-11-05

中圖分類號：TN959.21

文獻標識碼：A

文章編號：CN32-1413(2016)02-0034-04

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.02.009