基于復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合抗干擾技術(shù)

馬福民

(海軍裝備部,四川 成都　610100)

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基于復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合抗干擾技術(shù)

馬福民

(海軍裝備部,四川 成都610100)

摘要針對單一制導(dǎo)模式抗干擾能力弱的缺點,文中采用主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)模式,運用數(shù)據(jù)融合技術(shù),并對主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)在典型干擾情況下的數(shù)據(jù)融合抗干擾性能進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果表明,基于主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合技術(shù),抗干擾性能明顯優(yōu)于紅外成像或主動雷達(dá)任一單模制導(dǎo)技術(shù),并可準(zhǔn)確分辨假目標(biāo)。

關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)融合;復(fù)合制導(dǎo);紅外誘餌;箔條質(zhì)心

現(xiàn)代電子對抗技術(shù)、反輻射技術(shù)、偽裝與隱身技術(shù)、光電與電子干擾技術(shù)的發(fā)展,以及作戰(zhàn)環(huán)境的日益復(fù)雜化,使精確制導(dǎo)武器面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn),要求其必須具備抗多種干擾能力、抗誘餌欺騙能力、對付多目標(biāo)能力,并能進(jìn)行高精度的截獲和目標(biāo)跟蹤。

單模制導(dǎo)技術(shù)[1]由于采用單一頻段或單一制導(dǎo)模式傳感器,存在抗干擾能力弱,可靠性較低等固有缺陷。多模復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)[2]正是為彌補(bǔ)單模制導(dǎo)技術(shù)的缺陷而提出的精確制導(dǎo)技術(shù)。雷達(dá)/紅外雙模制導(dǎo)將雷達(dá)和紅外配合使用,成為相互獨立又彼此互補(bǔ)的目標(biāo)探測及跟蹤手段,利用雷達(dá)探測的距離信息和紅外傳感器探測的高精度角度信息,可有效改善對目標(biāo)的跟蹤和識別能力[3-6]。對于雷達(dá)制導(dǎo)難以抵抗的電子干擾如距離拖引[7]、箔條質(zhì)心干擾[8],紅外制導(dǎo)能較好的抑制,相反對于紅外制導(dǎo)影響較大的紅外誘餌彈[9],雷達(dá)制導(dǎo)也能有效抵制。因此,基于主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合[10]技術(shù)將是一種較好的抗干擾措施。

1數(shù)據(jù)融合技術(shù)

對于主動雷達(dá)/紅外成像復(fù)合制導(dǎo)而言,數(shù)據(jù)融合主要通過對雷達(dá)目標(biāo)和紅外目標(biāo)的融合處理,提高導(dǎo)引頭的抗干擾能力;提高對攻擊目標(biāo)選擇的可信度;提高目標(biāo)跟蹤精度,輸出更為準(zhǔn)確的制導(dǎo)信息;同時,完成復(fù)合導(dǎo)引頭的工作流程的控制。

數(shù)據(jù)融合主要由時空校準(zhǔn)、航跡關(guān)聯(lián)、決策兼顧特征融合和航跡融合4個模塊組成:

(1)時空校準(zhǔn)。由于雷達(dá)、紅外數(shù)據(jù)率的不同以及安裝位置、天線指向的差異,在對雷達(dá)和紅外輸送點跡信息進(jìn)行處理之前須進(jìn)行時空校準(zhǔn)。若沒有時空對準(zhǔn),首先時間上是無法進(jìn)行關(guān)聯(lián)與融合的,空間上由于探測坐標(biāo)系的差異可能使相同目標(biāo)的航跡也難以關(guān)聯(lián)成功。時空對準(zhǔn)后,所有的雷達(dá)航跡與紅外航跡均在相同時空坐標(biāo)下,可在相同的采樣時刻進(jìn)行后續(xù)處理;

(2)航跡關(guān)聯(lián)。具體設(shè)計中,采用修正的k近鄰域航跡關(guān)聯(lián)算法(MK-NN算法)[11]。這一算法是最近鄰算法的衍生算法,比最近鄰算法適當(dāng)放寬了關(guān)聯(lián)條件、簡化了算法,軟件易于實現(xiàn);

(3)決策兼顧特征融合。航跡關(guān)聯(lián)不成功時,進(jìn)行目標(biāo)選擇和判決處理。根據(jù)輸入的目標(biāo)置信度信息和目標(biāo)特征信息對導(dǎo)引頭工作模式進(jìn)行決策,并根據(jù)決策結(jié)果,對雷達(dá)和紅外分別發(fā)出相應(yīng)的控制指令,使其進(jìn)入對應(yīng)的工作模式。如果只有一條成功關(guān)聯(lián)航跡對時,則成功關(guān)聯(lián)的航跡對即判為攻擊目標(biāo);若有多條成功關(guān)聯(lián)航跡對時,進(jìn)行決策兼顧特征融合處理,根據(jù)融合結(jié)果判斷是目標(biāo)或干擾信號,決策出待攻擊的目標(biāo);

(4)航跡融合。航跡融合存在兩種方式:一種是局部航跡與局部航跡融合;另一種是局部航跡和系統(tǒng)航跡融合。具體實現(xiàn)中,當(dāng)雷達(dá)與紅外航跡均正常時采用局部航跡與局部航跡融合;若某一傳感器受到干擾而無法給出正確航跡信息時,選擇局部航跡和系統(tǒng)航跡的融合。

2抗干擾性能仿真

2.1抗紅外誘餌干擾原理

紅外誘餌干擾是典型的一類只對紅外傳感器產(chǎn)生影響的干擾手段。若紅外傳感器受到干擾,則會出現(xiàn)目標(biāo)和干擾兩條航跡,紅外將會無法取舍,或保留干擾軌跡。再與雷達(dá)提供的航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)、識別后,可將紅外誘餌彈的干擾效果降至最低。

設(shè)計中,先通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)中的時空校準(zhǔn)將雷達(dá)數(shù)據(jù)通過線性插值或外推對齊到紅外數(shù)據(jù)點上。為不造成對高數(shù)據(jù)率紅外信息的丟失,時空校準(zhǔn)以紅外數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。時空對準(zhǔn)后的數(shù)據(jù)便可送入數(shù)據(jù)融合中心進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)處理。

在航跡關(guān)聯(lián)時,采用修正的k近鄰航跡關(guān)聯(lián)算法,判斷兩條航跡統(tǒng)計位置差是否在關(guān)聯(lián)門限內(nèi),不滿足關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則則判兩個傳感器跟蹤不同目標(biāo)。由觀測數(shù)據(jù)可知,此時紅外傳感器可能會探測到多條軌跡(目標(biāo)+干擾),但雷達(dá)只存在一條待攻擊目標(biāo)軌跡,進(jìn)行航跡關(guān)聯(lián)后,可能存在3種情況:(1)雷達(dá)航跡僅與一條紅外航跡關(guān)聯(lián),此時可直接進(jìn)行下步處理,保留關(guān)聯(lián)上的航跡對;(2)雷達(dá)航跡與多條紅外航跡關(guān)聯(lián),則選擇使位置差矢量范數(shù)最小的紅外航跡與雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián),進(jìn)行下步融合處理;(3)若雷達(dá)航跡與任何一條紅外航跡均不關(guān)聯(lián)。此時,將所有航跡分別與之前的系統(tǒng)航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián),關(guān)聯(lián)上者判斷為目標(biāo)軌跡。

2.2抗紅外誘餌干擾仿真

仿真時紅外煙霧干擾在目標(biāo)附近以3 m/s的速度做慢速運動。圖1所示為彈上的雷達(dá)、紅外傳感器分別對目標(biāo)以及干擾假目標(biāo)的觀測結(jié)果。由于紅外誘餌彈在升空后呈煙霧狀,與目標(biāo)具有相似的紅外特征,但對雷達(dá)起不到任何干擾作用,所以在觀測結(jié)果中,紅外傳感器存在目標(biāo)與干擾假目標(biāo)兩個航跡信息,而雷達(dá)僅存在真正的目標(biāo)航跡信息。

圖1　觀測數(shù)據(jù)

航跡關(guān)聯(lián)的結(jié)果如圖2所示,仿真圖像中顯示的只有一條關(guān)聯(lián)成功的關(guān)聯(lián)航跡對。紅外誘餌彈的軌跡在航跡關(guān)聯(lián)中找不到任何與之相關(guān)聯(lián)的航跡已被剔除,所以復(fù)合制導(dǎo)通過數(shù)據(jù)融合處理后,在航跡關(guān)聯(lián)這一步已成功實現(xiàn)抗干擾的效果。

圖2　航跡關(guān)聯(lián)

2.3抗箔條質(zhì)心干擾原理

箔條干擾主要通過箔條感應(yīng)出的交變電流產(chǎn)生二次輻射對雷達(dá)造成干擾,是艦船的最后一道防線。當(dāng)其他干擾均未奏效時,在艦船周圍200 m處發(fā)射兩枚快速離艦散開的箔條彈,使末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤箔條和艦船的能量中心。隨著風(fēng)對箔條的吹動以及艦船的運動,最終使能量中心偏向箔條彈而使末制導(dǎo)雷達(dá)跟蹤上箔條假目標(biāo)。此時復(fù)合導(dǎo)引頭可充分利用紅外傳感器提供的圖像信息以及紅外航跡信息,將雷達(dá)與紅外送入數(shù)據(jù)融合中心的航跡信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)、識別,挑選出目標(biāo)航跡,剔除虛假航跡,從而實現(xiàn)抗干擾。

2.4抗箔條質(zhì)心干擾仿真

仿真時,假定目標(biāo)艦船已在周圍實施箔條干擾,圖3是一組雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)。由于箔條與目標(biāo)只有雷達(dá)相似的特征,但對紅外起不到干擾作用,所以在觀測數(shù)據(jù)中,雷達(dá)數(shù)據(jù)存在艦船目標(biāo)與箔條假目標(biāo)兩個航跡信息,而紅外數(shù)據(jù)僅存在真正的艦船目標(biāo)航跡信息。

圖3　觀測數(shù)據(jù)

圖4是在箔條干擾下,復(fù)合導(dǎo)引頭數(shù)據(jù)融合中心在時空一致的情況下,航跡關(guān)聯(lián)后的處理結(jié)果。從圖中可看出,雷達(dá)數(shù)據(jù)包括艦船目標(biāo)與箔條干擾兩個航跡信息,而紅外僅包括艦船目標(biāo)的航跡,所以通過雷達(dá)、紅外復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合處理后,導(dǎo)引頭可有效剔除干擾目標(biāo),成功實現(xiàn)抗干擾。

圖4　航跡關(guān)聯(lián)后數(shù)據(jù)

當(dāng)上述抗干擾措施均不能湊效,或存在某種對雷達(dá)、紅外均起到影響的干擾時,可進(jìn)一步利用數(shù)據(jù)融合目標(biāo)識別技術(shù)進(jìn)行最終抗干擾處理。另外無法判斷干擾時,還可采用航跡外推手段進(jìn)行航跡維持,留待下次觀測數(shù)據(jù)繼續(xù)判斷,外推達(dá)極限時可啟用搜索指令二次在預(yù)定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行搜索,重新鎖定目標(biāo)。

3結(jié)束語

文中對主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合關(guān)鍵技術(shù)做了論述,對紅外誘餌、箔條質(zhì)心兩種典型干擾機(jī)理和相應(yīng)的抗干擾原理進(jìn)行了理論分析,運用Matlab對主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)在這兩種干擾情況下的數(shù)據(jù)融合抗干擾性能進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果與理論相符,表明基于主動雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的數(shù)據(jù)融合技術(shù)的抗干擾性優(yōu)于單模制導(dǎo)技術(shù)。

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Anti-Jamming Technology for Data Fusion Based on Composite Guidance

MA Fumin

(Armament Department,Navy,PLA,Chengdu 610100,China)

Abstractthe active radar-infrared imaging composite guidance mode is put forward to address the poor anti-interference performance of the single guided mode.In the typical anti-jamming,the modeling and simulation of anti-jamming capability of data fusion is performed on the composite guidance.The simulation results show that the anti-jamming capability of data fusion based on the composite guidance is better than that of infrared imaging or active radar,and distinguishes fake target exactly.

Keywordsdata fusion;composite guidance;infrared decoy projectile;centroid decoy

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.05.016

收稿日期:2016-01-08

作者簡介:馬福民(1977—),男,碩士,高級工程師。研究方向:導(dǎo)彈及兵器裝備監(jiān)造。

中圖分類號TN974

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號1007-7820(2016)05-055-03