多雷達組網與協同探測關鍵技術研究

齊崇英 賀峰 陳超

摘 要：瞄準未來強對抗環境下雷達網作戰任務需求，開展了多雷達組網與協同探測關鍵技術研究。首先，介紹了雷達網作戰能力需求，其次，在雷達網傳統樹狀層級結構基礎上，給出新的雷達網分布式網絡化體系架構，最后，研究了雷達網信息分發共享、情報融合處理、自主協同探測、系統反饋控制等關鍵技術。研究成果有助于促進多雷達組網理念更新與領域技術發展，為推動雷達裝備和情報系統的迭代升級提供思路。

關鍵詞：多雷達組網;體系架構;協同探測

中圖分類號：TN95 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2023.06.007

Research on key technology of multi-radar network and cooperative detection

QI Chongying， HE Feng， CHEN Chao

（Academy of Air Force，Beijing 100085， China）

Abstract：In this paper， the key technologies of multi-radar network and cooperative detection are studied in order to meet the urgent needs of radar network operations in the future strong countermeasure environment. Firstly， the operational capability requirements of radar network are introduced. Secondly， based on the traditional tree hierarchical structure of radar network， the new distributed network architecture is given. Finally， the key technologies of radar network information distribution and sharing， intelligence fusion processing， autonomous cooperative detection and system feedback control are studied. This paper will promote the updating of the concept and the development of the domain technology of the multi-radar network， and will promote the iterative upgrading of radar equipment and intelligence systems.

Key words：multi-radar network; architecture; cooperative detection

收稿日期：2023-04-06

修回日期：2023-06-02

*基金項目：國防科技卓越青年科學基金（2020-JCJQ-ZQ-006）

作者簡介：齊崇英（1978—），男，博士，高級工程師，研究領域為多源信息融合、多傳感器協同探測。

賀 峰（1981—），男，博士。

雷達是國家空天預警體系的主體，是獲取空天目標實時信息的主要力量。譜系、型號多樣的雷達裝備，有效擔負了國家空天安全預警監控職能。然而，隨著信息技術的不斷發展，高隱身、超低空、強機動、超聲速等新的空天目標不斷出現，單雷達難以有效應對各種目標威脅，更難以滿足對目標及時發現、穩定跟蹤與精準識別的需求。為此，多雷達組網應運而生，其利用通信網絡和計算機技術，將一定區域內配置的多部不同體制、不同型號的雷達進行分布式部署和網絡化集成，從而構成新的網絡化裝備，產生新的體系作戰效能。由此看出，多雷達組網是一種過程或行動，更強調從作戰需求、技戰術運用上將多部雷達進行體系集成，最終構成物理形態上由雷達裝備、通信網絡、情報處理系統等組成的雷達網。

當前，多雷達組網受到普遍關注，領域技術得到蓬勃發展，但仍存在體系架構落后，雷達裝備間自主協同能力弱，精細化管控水平低等問題，難以適應瞬息萬變的空戰場態勢，更不能適應強對抗環境下軟殺傷、硬摧毀時自我生存能力的需要。針對上述問題，本文開展了多雷達組網能力需求、新的分布式網絡化體系架構以及多雷達組網與協同探測領域的關鍵技術研究，以期促進多雷達組網理念更新與領域技術發展，推動雷達裝備和情報系統的迭代升級。

1 多雷達組網能力需求

信息化、智能化條件下，空中目標向“高快隱”和“低慢小”兩極化發展，單一雷達難以完成復雜背景下的探測任務，為進一步提高對目標的發現跟蹤能力^［1］，延長威脅預警時間，適應強對抗條件下對雷達網不間斷、高質量、強韌性的情報保障需求，要求多雷達組網^［2］具備以下能力。

1）更廣的探測覆蓋空間

為實現對空中目標的盡遠探測發現，要求雷達網中不同體制、不同型號、不同頻段的雷達按一定原則分散部署^［3］，相鄰雷達的探測包絡能在空域上相互銜接，頻域上參差交錯，從而形成更廣闊的空域覆蓋和頻域覆蓋。

2）更高的目標檢測能力

“高快隱”和“低慢小”目標使雷達網面臨較大的威脅，通過不同頻段、不同體制、不同部署位置的雷達對目標的共視探測^［4-5］，雷達網能夠比單雷達提供更多的目標發現機會，從而提高目標檢測概率。

3）更穩定的目標跟蹤能力

雷達網充分利用多部雷達的點航跡數據，能夠進行航跡快速起始，縮短融合航跡更新周期。通過交互多模型（IMM）算法，提高系統對各類運動目標的快速響應和跟蹤能力，采用序貫濾波融合縮小融合航跡點間隔，進一步提升目標跟蹤精度。

4）更強的抗擾頑存能力

為應對電磁干擾和反輻射導彈威脅，不同體制、不同頻段的雷達交錯配置，構成有機統一的雷達網，其頻率、波形、脈寬、重復頻率、極化方式各異，可迫使對方干擾能量分散，增加其偵察、分選、干擾的難度，從而提高雷達網抗擾頑存能力。

2 雷達網體系架構

2.1 傳統樹狀層級架構

受“平臺中心戰”思想影響，傳統雷達網主要為樹狀層級結構，以戰役級雷達單位為例，情報信息自下而上報送，作戰指揮命令自上而下施行，如圖1所示。

這種體系架構存在三方面問題：一是網內各雷達獨立執行預警探測任務，戰場信息獲取主要由各探測器獨自完成，相互間缺少情報共享與橫向協同，未充分發揮多雷達組網優勢;二是各雷達統一受控于上級單位，作戰中的“觀察—判斷—決策-行動”這一過程需要指揮員自上而下地進行協調指揮，指揮效能低下;三是多層級間為節點式架構，體系抗毀性差，無法適應強對抗環境下的未來戰爭。

2.2 分布式網絡化體系架構

為建立高效統一的情報共享與協同機制，基于“網絡中心戰”思想，構建新的分布式網絡化體系架構，以戰術級雷達單位為例，其架構如圖2所示。

由圖2可以看出，雷達單位內部構建集中與分散相結合的系統架構，所屬雷達裝備既直接受控于上級任務單位，雷達裝備間又可根據作戰需求進行靈活的任務分組，任務組內各雷達間可共享情報與自主協同。同理，上一層級的不同雷達單位之間也采用類似架構，形成上一層級集中與分散相結合的分布式體系架構。在分布式體系架構下，根據空情態勢、目標威脅程度、雷達工作狀態等，多雷達間可自動進行情報分發共享、基于規則實現相互協同引導、基于任務實現裝備的集中管控。

3 雷達網協同探測關鍵技術

3.1 信息分發共享

分布式、網絡化體系架構下，可建立網內多雷達間的情報共享機制。當一部雷達發現目標時，根據雷達所屬單位及目標所處位置，自動向上級雷達單位及目標責任區單位共享情報數據，并向未探測到目標的友鄰雷達發送協同引導信息。此方式可直接由傳感器源頭進行信息的分發共享，避免了由上級處理單元進行信息轉發帶來的信道帶寬占用多，服務器節點壓力大等問題。信息分發共享流程如下：

1）雷達A搜索發現空中目標，判斷目標位置處于哪個單位的責任區，以及周邊可探測雷達情況;

2）根據情報共享機制，雷達A上報情報至直屬上級單位及目標責任區的單位，并向有探測能力的雷達B共享情報;

3）雷達B根據雷達A的目標指示信息，調整雷達工作模式及探測扇區，及早截獲目標;

4）上級單位或友鄰責任區單位的情報處理單元匯集目標探測信息，進行多雷達情報融合處理，從而獲取目標精確位置參數信息。

3.2 情報融合處理

1）目標融合編批

情報處理單元接收多部雷達上報的點跡或航跡信息，對上報信息進行時空一致性校準、多雷達點航跡相關、航跡起始、濾波估計等，實現對目標的連續穩定跟蹤。各情報處理單元按照事先分配的航跡批號段，采用“先發現，先編批”原則，按照流水號順序對目標依次編批。

2）統一態勢生成

情報處理單元按責任區職責報告目標融合航跡，相鄰情報處理單元共享融合航跡態勢，后發現目標的情報處理單元沿用目標原始批號，并對下級的傳感器處理節點進行目標統批，確保全網分布式、多層級系統間目標態勢一致。

3.3 自主協同探測

1）協同規則構建

多雷達自主協同探測^［6-7］是為了合理地分配雷達任務，擴展探測區域的空間和時間覆蓋范圍，提高對目標的檢測和連續跟蹤能力。自主協同探測的關鍵是制定合適的協同運用規則，即在目標特性庫和多雷達能力模型基礎上，建立一組雷達裝備選配方式和裝備工作指令集，形成系統可自動識別使用的算法策略。表1列舉了多雷達間任務級協同的規則。

針對重點目標、隱身目標、低慢小目標及干擾目標，在各型雷達均能探測發現目標的情況下，表1的協同規則集對多雷達探測任務進行合理區分，實現不同頻段、不同體制雷達的優化組合，從而完成雷達網對目標的合理精準探測。

2）協同探測機理

通常，任務開始前，雷達網會進行任務規劃，生成雷達網探測預案。實際作戰過程中，空戰場態勢復雜多變，需要根據實時戰場態勢對網內雷達進行有效的指揮控制。為提升指揮控制的時效性、精準性及智能化程度，需要由協同規則引擎實時解算上述多雷達協同規則，自動進行任務級或參數級的協同控制，其工作原理如圖3所示。

由圖3可以看出，基于任務和空戰場實時態勢，在多雷達信息分發共享基礎上，多雷達網可自主進行多雷達間的任務級協同或參數級管控，從而縮短雷達網自身的 “觀察-判斷-決策-行動”（OODA）循環周期，提升多雷達組網探測效能。

3.4 系統反饋控制

1）情報質量監控

多雷達組網的目的是為了得到更優的情報，因此，需要建立合理的情報質量監控指標體系^［8］，實時監控融合情報質量，并給出及時的告警提示。不同于情報質量的事后評估分析，此處更為關注實時目標的要素完整性（如是否由目標屬性、機型、架數、二次代碼）、高度可靠性（如目標是否由三坐標雷達、測高雷達掌握）、位置準確性和航跡連續性（如目標輔站數量、輔站類別）等，以便根據監控信息和告警，提示值班人員進行相應處置，或根據系統管控規則，適時調整網內雷達裝備或系統工作狀態。

2）閉環反饋控制

融合情報質量與雷達、系統工作狀態密切相關，本文基于實時情報質量監控結果、融合模型算法、雷達控制規則等，建立情報處理系統與雷達裝備的閉環反饋控制模型，其信息交互內容與反饋控制關系如圖4所示。

由圖4可以看出，系統根據情報質量監控結果，可向值班人員及時反饋目標漏批、混批及機型、架數等情況，提示戰勤人員進行相應處置。系統自動生成點航融合控制指令，修正融合模型及算法參數，提升融合航跡質量。根據網內雷達工作狀態，系統動態調控雷達及附屬設備工作模式、狀態參數、抗干擾措施等。常見雷達管控規則包括：

1）根據情報質量監控結果，控制無源雷達、二次雷達、III型詢問機等開關機，提高目標識別能力和要素完整性;

2）增開三坐標雷達、測高雷達，提升目標高度的可靠性和準確性;

3）根據“低慢小”目標特點，調整雷達的工作模式、檢測門限、天線轉速與俯仰等參數，改善對目標的探測跟蹤效果;

4）根據隱身目標特點，調整雷達工作模式、上報點跡區域、檢測門限、工作頻率、極化方式等，更好地獲取低可探測目標的有效點跡;

5）根據目標的機動狀態，調整雷達的檢測門限、天線轉速等，提高對目標的連續跟蹤率。

4 結束語

為充分發揮多雷達組網探測效能，本文在研究多雷達組網能力需求基礎上，提出了集中與分散相結合的分布式網絡化雷達網體系架構，開展了雷達網信息分發共享，情報融合處理，自主協同探測，系統反饋控制等關鍵技術研究。研究表明，通過末端多雷達間的扁平化組網、情報共享、橫向自主協同與反饋控制，可使原分散部署、獨立使用的雷達裝備一體化組網運用，大幅提升雷達網體系探測效能和融合情報質量。

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（責任編輯：張培培）