導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合模型研究綜述

吳建峰 黃樹(shù)彩 高育鵬 康紅霞

空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安 710051

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導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合模型研究綜述

吳建峰 黃樹(shù)彩 高育鵬 康紅霞

空軍工程大學(xué)防空反導(dǎo)學(xué)院，西安 710051

導(dǎo)彈防御系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)主要特點(diǎn)是面向信息處理，信息融合是導(dǎo)彈防御系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一體化作戰(zhàn)和智能化決策指揮的核心技術(shù)。以一體化的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)為研究對(duì)象，在分析導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程、預(yù)警信息處理過(guò)程的基礎(chǔ)上，提出了特定的適用于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合的功能模型、基于特征層的混合式結(jié)構(gòu)模型和面向工程實(shí)現(xiàn)必須考慮的關(guān)鍵算法模型，并對(duì)其研究方向和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

導(dǎo)彈防御系統(tǒng)；預(yù)警；信息融合；功能模型；結(jié)構(gòu)模型；算法模型

導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)可分為預(yù)警探測(cè)、指揮控制及火力攔截3大階段。“及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精確跟蹤、正確識(shí)別和有效攔截”是導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)取勝的4大要素，而預(yù)警信息貫穿于整個(gè)導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)的全過(guò)程[1-2]。信息融合是預(yù)警探測(cè)和指揮控制之間的重要銜接環(huán)節(jié)，是指揮控制的基礎(chǔ)和前提。如何實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)、精確跟蹤和正確識(shí)別是導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合的核心任務(wù)。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)多傳感器信息融合技術(shù)的研究多是針對(duì)具體研究對(duì)象提出多傳感器信息融合問(wèn)題的解決方案，主要集中在2種類(lèi)型的多傳感器信息融合領(lǐng)域：1)包含復(fù)雜的多模式傳感器的信息融合問(wèn)題(例如，雙色/多色紅外圖像的融合)；2)包括安裝在一個(gè)平臺(tái)上的多傳感器系統(tǒng)的信息融合問(wèn)題(例如，機(jī)載多傳感器的信息融合)，而對(duì)包括地理上廣泛分布的多型異類(lèi)傳感器信息融合問(wèn)題，特別是軍事上應(yīng)用的涉及到大監(jiān)視范圍、多型異類(lèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)(比如導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警探測(cè)網(wǎng)絡(luò))的動(dòng)態(tài)分布傳感器的信息融合問(wèn)題，缺少針對(duì)問(wèn)題的專(zhuān)門(mén)研究，而現(xiàn)有的技術(shù)在這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也缺乏有效的理論保證。

本文以信息化條件下導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)的軍事需求為牽引，在分析導(dǎo)彈防御系統(tǒng)作戰(zhàn)流程和預(yù)警信息處理過(guò)程的基礎(chǔ)上，運(yùn)用信息融合的基本理論和方法，重點(diǎn)研究適合于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合的功能模型、結(jié)構(gòu)模型和算法模型，為研究信息化條件下一體化導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)和體系作戰(zhàn)能力的形成提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程

導(dǎo)彈防御(Missile Defense：MD)的任務(wù)是開(kāi)發(fā)一體化、分層的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)(Missile Defense System：MDS)，能在敵方各種射程的彈道導(dǎo)彈和巡航導(dǎo)彈飛行的各個(gè)階段與它們進(jìn)行交戰(zhàn)[3-4]。導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程如圖1所示。

圖1 導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程

來(lái)襲彈道導(dǎo)彈發(fā)射后，經(jīng)過(guò)數(shù)秒被天基紅外預(yù)警衛(wèi)星上的掃描型探測(cè)器探測(cè)到，將衛(wèi)星導(dǎo)彈預(yù)警信息發(fā)往戰(zhàn)略C2BMC單元，并引導(dǎo)凝視傳感器跟蹤目標(biāo)，向地基遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)指示目標(biāo)的發(fā)射點(diǎn)、落點(diǎn)和關(guān)機(jī)點(diǎn)等預(yù)報(bào)信息以及目標(biāo)位置信息，并將這些信息傳送給戰(zhàn)術(shù)C2BMC。戰(zhàn)術(shù)C2BMC適時(shí)指示目標(biāo)指示雷達(dá)調(diào)轉(zhuǎn)天線方向捕獲并跟蹤目標(biāo)，向反導(dǎo)攔截武器系統(tǒng)的指控中心指示更精確的目標(biāo)信息。當(dāng)彈道導(dǎo)彈進(jìn)入地基攔截彈的射程時(shí)，指控中心指揮控制火力單元立即發(fā)射攔截彈，跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)截獲并跟蹤攔截彈，指控中心在跟蹤制導(dǎo)雷達(dá)配合下引導(dǎo)攔截彈飛向目標(biāo)。當(dāng)彈道導(dǎo)彈進(jìn)入攔截彈殺傷區(qū)時(shí)，攔截彈引爆或以直接碰撞方式來(lái)殺傷目標(biāo)，最后由指控中心進(jìn)行殺傷效果評(píng)估。

2 導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息處理過(guò)程

從導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的作戰(zhàn)流程看，成功實(shí)施彈道導(dǎo)彈攔截作戰(zhàn)的前提是及時(shí)預(yù)警、精確跟蹤和正確識(shí)別來(lái)襲的彈道導(dǎo)彈目標(biāo)，這就需要天基預(yù)警衛(wèi)星、遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)、具有搜索跟蹤識(shí)別功能的多功能相控陣?yán)走_(dá)3大系統(tǒng)之間以及與火力攔截單元內(nèi)部各傳感器之間進(jìn)行緊密無(wú)間的合作[5]。從縱向看，主要是天基預(yù)警衛(wèi)星→遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)→火力攔截單元制導(dǎo)雷達(dá)這樣的信息引導(dǎo)順序；從橫向看，還有天基預(yù)警衛(wèi)星之間、預(yù)警雷達(dá)之間、火力攔截單元制導(dǎo)雷達(dá)之間以及火力攔截單元之間的信息交叉提示[6]。

導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息可以分為3級(jí)進(jìn)行處理：1)天基、空基和地基預(yù)警平臺(tái)將獲取到的目標(biāo)信息進(jìn)行初步預(yù)處理，然后通過(guò)平臺(tái)信息處理系統(tǒng)和數(shù)傳系統(tǒng)下傳到各對(duì)應(yīng)的地面接收站；2)各地面接收站的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)預(yù)警原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理得到的預(yù)警信息上傳到預(yù)警信息處理與分發(fā)中心進(jìn)行備份與處理；3)預(yù)警信息處理與分發(fā)中心對(duì)各地面接收站生成的情報(bào)進(jìn)行綜合集成處理，形成目標(biāo)威脅判斷、綜合態(tài)勢(shì)分析等情報(bào)信息，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送給C2BMC中心。

3 導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合模型

根據(jù)信息融合的任務(wù)需求，信息融合系統(tǒng)按設(shè)計(jì)順序主要包括了功能模型、結(jié)構(gòu)模型和算法模型[7]，下面分別展開(kāi)論述。

3.1 功能模型

到目前為止，國(guó)內(nèi)外已提出了許多種類(lèi)的功能模型[8]。國(guó)外80年代提出了3種信息融合功能模型，分別是：情報(bào)循環(huán)模型(Intelligence Cycle Model)、JDL(Joint Directors of Laboratories)模型、Boyd控制環(huán)路模型(Boyd Control Loop Model)。90年代提出了Dasarathy模型及Waterfall模型。進(jìn)入21世紀(jì)，多功能模型(Omnibus)和擴(kuò)展OODA模型引起了廣泛關(guān)注。上述模型中，JDL功能模型應(yīng)用最為廣泛，美國(guó)的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的功能模型就是在JDL數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的[9]。

較一般系統(tǒng)的信息處理，導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的信息處理具有信息源種類(lèi)的多樣性、所面臨戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性、處理手段的多樣性及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等特點(diǎn)，這就需要對(duì)JDL功能模型進(jìn)行改進(jìn)，提出新的適用于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合的功能模型。這里，提出一種特定的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合功能模型，如圖2所示。圖中，一級(jí)處理即檢測(cè)判決融合，屬于像素或信號(hào)級(jí)的融合。二級(jí)處理即目標(biāo)連續(xù)狀態(tài)估計(jì)，屬于特征級(jí)的融合。三級(jí)處理即目標(biāo)離散狀態(tài)估計(jì)，它可以是數(shù)據(jù)層、特征層或決策層的融合。四級(jí)處理即態(tài)勢(shì)評(píng)估，包括態(tài)勢(shì)的提取和評(píng)估。五級(jí)處理即行動(dòng)效果評(píng)估，估計(jì)和預(yù)測(cè)行動(dòng)計(jì)劃的結(jié)果。六級(jí)處理即資源管理，是一個(gè)計(jì)劃及執(zhí)行過(guò)程，使信息融合處理過(guò)程達(dá)到最佳化。

本文提出的特定的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合功能模型與JDL功能模型的區(qū)別和優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)JDL功能模型中的一級(jí)處理(即目標(biāo)位置/身份估計(jì))針對(duì)不同性質(zhì)的2個(gè)問(wèn)題，即目標(biāo)位置估計(jì)為目標(biāo)的連續(xù)狀態(tài)參數(shù)估計(jì)，目標(biāo)身份估計(jì)為目標(biāo)的離散狀態(tài)參數(shù)估計(jì)。本文提出的功能模型將一級(jí)處理劃分為2級(jí)：目標(biāo)連續(xù)狀態(tài)估計(jì)(二級(jí)處理)和目標(biāo)離散狀態(tài)估計(jì)(三級(jí)處理)，這與位置估計(jì)及身份估計(jì)是否并行同步進(jìn)行無(wú)關(guān)；

2)由于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)擁有地理上廣泛分布的大量傳感器和眾多信息源，需要將這些資源有效地集成到一起，充分一體化并相互深度鉸鏈，因此將資源管理的概念引入導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合功能模型中，作為六級(jí)處理，并定義了它的功能和任務(wù)，從而使資源管理貫穿于整個(gè)信息融合過(guò)程；

3)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的預(yù)警信息融合處理是一個(gè)由指揮員信息驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，該過(guò)程分為3個(gè)階段：融合任務(wù)產(chǎn)生階段、融合系統(tǒng)配置階段及融合任務(wù)實(shí)施階段。而JDL功能模型實(shí)際上只描述了融合任務(wù)實(shí)施階段的融合處理，因此不能為融合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一個(gè)起點(diǎn)。本文提出的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合功能模型的優(yōu)勢(shì)在于明確地刻畫(huà)了導(dǎo)彈防御系統(tǒng)中預(yù)警信息融合的動(dòng)態(tài)特征，從指揮員信息需求開(kāi)始，將其映射到具體的融合任務(wù)，根據(jù)該任務(wù)進(jìn)行系統(tǒng)配置，按提出的功能模型進(jìn)行融合處理，融合結(jié)果供指揮員使用，因此為系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作提供了一個(gè)基礎(chǔ)。

圖2 特定的導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合功能模型

3.2 結(jié)構(gòu)模型

檢測(cè)級(jí)的結(jié)構(gòu)模型有：并行結(jié)構(gòu)、分散結(jié)構(gòu)、串行結(jié)構(gòu)和樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。位置級(jí)的結(jié)構(gòu)模型有：集中式、分布式和混合式。屬性級(jí)的結(jié)構(gòu)模型有：數(shù)據(jù)層、特征層和決策層。

導(dǎo)彈防御系統(tǒng)作為大型的軍事信息融合系統(tǒng)，因?yàn)槠滠娛滦枨笮枰獜目沼蚺c時(shí)域上融合多種同類(lèi)、異類(lèi)傳感器信息源對(duì)目標(biāo)身份屬性做出綜合識(shí)別，涉及到多層次的信息融合，所以導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的信息融合結(jié)構(gòu)模型就是屬性級(jí)模型。對(duì)于目前絕大多數(shù)雷達(dá)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其在數(shù)據(jù)層的信息可認(rèn)為是目標(biāo)的多普勒信號(hào)，并不表示目標(biāo)的成像信息。光學(xué)成像傳感器在數(shù)據(jù)層的信息表示為其響應(yīng)波段內(nèi)目標(biāo)的灰度數(shù)據(jù)序列。所以，雷達(dá)與光學(xué)成像這2種傳感器在數(shù)據(jù)層所得到的信息不具備互補(bǔ)性和可比性信息融合處理的基本條件，不可能進(jìn)行數(shù)據(jù)層上的融合處理。雷達(dá)系統(tǒng)特征層上的信息可表征為目標(biāo)的空間位置信息、距離信息、視線角速率目標(biāo)跟蹤信息和離軸角雷達(dá)天線跟蹤信息。光學(xué)成像系統(tǒng)在特征層上的信息除了距離信息外，基本上與雷達(dá)系統(tǒng)所表征的特征量相同。兩者在決策層上所表征的信息都是視線角速率目標(biāo)跟蹤信息。根據(jù)以上分析，導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的預(yù)警信息融合處理，只在特征層和決策層上滿(mǎn)足信息融合處理互補(bǔ)性和可比性的基本條件。

另外，和平時(shí)期和戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，導(dǎo)彈防御系統(tǒng)對(duì)預(yù)警信息也有不同的需求。在和平時(shí)期，應(yīng)長(zhǎng)期保持一定的空天監(jiān)視預(yù)警能力，積累情報(bào)以備戰(zhàn)時(shí)需要，主要考慮信息的完整性，對(duì)及時(shí)性要求不高；在戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，情報(bào)的需求量急劇增大，主要考慮完善多種預(yù)警探測(cè)手段，對(duì)情報(bào)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性要求較高[10]。

基于以上因素，在導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合的結(jié)構(gòu)和層次上，若采用集中式結(jié)構(gòu)從數(shù)據(jù)層進(jìn)行融合，則對(duì)處理系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)要求過(guò)高，信息融合量過(guò)大，不能滿(mǎn)足戰(zhàn)時(shí)高動(dòng)態(tài)性要求；若采用分布式從決策層進(jìn)行融合，則信息損失過(guò)大，精度偏低，不能滿(mǎn)足平時(shí)對(duì)預(yù)警偵察目標(biāo)的監(jiān)視需要?？紤]到數(shù)據(jù)的完整性、實(shí)時(shí)性以及平時(shí)及戰(zhàn)時(shí)的不同需求，提出基于特征層的混合式導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合結(jié)構(gòu)模型，如圖3所示。

整個(gè)系統(tǒng)的融合分成2個(gè)層次：平臺(tái)級(jí)融合和系統(tǒng)級(jí)融合。各預(yù)警平臺(tái)通過(guò)各自多種傳感器對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警探測(cè)，其同一平臺(tái)的多傳感器信息融合方式采用集中式結(jié)構(gòu)，不同平臺(tái)的多傳感器信息融合方式采用分布式結(jié)構(gòu)。在平時(shí)模式下，預(yù)警探測(cè)信息經(jīng)過(guò)預(yù)處理后，通過(guò)信息傳輸系統(tǒng)和地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁髌脚_(tái)信息融合中心進(jìn)行目標(biāo)特征提取，然后傳輸?shù)较到y(tǒng)融合中心進(jìn)行特征層屬性融合和判決，再將情報(bào)信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送給C2BMC。在戰(zhàn)時(shí)模式下，為滿(mǎn)足特定高時(shí)效性目標(biāo)的預(yù)警探測(cè)需要，各預(yù)警平臺(tái)預(yù)警探測(cè)資源通過(guò)雷達(dá)、紅外、紫外和可見(jiàn)光等傳感器獲取的目標(biāo)預(yù)警信息在預(yù)處理后，由多平臺(tái)融合中心傳輸?shù)较到y(tǒng)融合中心進(jìn)行特征層屬性融合和屬性判決，根據(jù)傳感器性能、武器殺傷力(由支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)提供)及相對(duì)幾何關(guān)系等進(jìn)行態(tài)勢(shì)分析與威脅等級(jí)綜合判斷，并形成戰(zhàn)術(shù)輔助決策。多平臺(tái)目標(biāo)態(tài)勢(shì)信息與態(tài)勢(shì)威脅評(píng)估描述、戰(zhàn)術(shù)輔助決策結(jié)合在一起形成目標(biāo)綜合情報(bào)信息，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送給C2BMC中心。C2BMC中心向反導(dǎo)武器系統(tǒng)下達(dá)作戰(zhàn)命令，各平臺(tái)間或平臺(tái)內(nèi)傳感器經(jīng)過(guò)交叉提示對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的探測(cè)、識(shí)別以及跟蹤，并最終對(duì)攔截效果進(jìn)行評(píng)估。

圖3 基于特征層的混合式導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合結(jié)構(gòu)模型

3.3 算法模型

傳統(tǒng)的坐標(biāo)變換算法、目標(biāo)跟蹤算法、濾波跟蹤算法、航跡相關(guān)及融合算法研究的對(duì)象大都是針對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)目標(biāo)的，對(duì)于彈道目標(biāo)，這些算法無(wú)論在精度上還是實(shí)時(shí)性上都無(wú)法滿(mǎn)足導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)對(duì)預(yù)警信息的要求。因此，需要研究適合于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的多平臺(tái)多傳感器多源信息融合算法及其工程實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，以滿(mǎn)足導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)對(duì)預(yù)警信息精度極高和實(shí)時(shí)性極強(qiáng)的要求。

3.3.1 高精度坐標(biāo)變換算法

坐標(biāo)系及其參數(shù)相互轉(zhuǎn)換是導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合最基礎(chǔ)的技術(shù)工作。導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)涉及的坐標(biāo)系有地心固定坐標(biāo)系、地心慣性坐標(biāo)系、星載傳感器坐標(biāo)系、地基預(yù)警雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系及直角坐標(biāo)系。預(yù)警探測(cè)傳感器在彈道導(dǎo)彈主動(dòng)段航跡的探測(cè)跟蹤精度對(duì)彈道的中段和再入點(diǎn)的預(yù)測(cè)至關(guān)重要。而彈道導(dǎo)彈主動(dòng)段距離傳感器最遠(yuǎn)，對(duì)坐標(biāo)變換的精度要求很苛刻，而且要求變換速度快。在彈道中段，目標(biāo)飛行高度高，傳感器在探測(cè)目標(biāo)時(shí)存在電離層折射的問(wèn)題，必須研究目標(biāo)高度對(duì)各種坐標(biāo)系之間坐標(biāo)變換精度的影響，及相應(yīng)的補(bǔ)償模型和算法。

3.3.2 高精度濾波與目標(biāo)快速跟蹤技術(shù)

傳統(tǒng)雷達(dá)和紅外探測(cè)器對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)采用跟蹤前檢測(cè)(Detect Before Track: DBT)，但對(duì)于雷達(dá)反射面積小和紅外輻射強(qiáng)度弱的彈道目標(biāo)，在遠(yuǎn)距離處可檢測(cè)到的信號(hào)相對(duì)較弱，弱小目標(biāo)的檢測(cè)工作變得很困難，而檢測(cè)前跟蹤(Track Before Detect: TBD)是低信噪比條件下對(duì)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的一種有效手段[11]。針對(duì)彈道目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，新的航跡濾波算法是重要研究?jī)?nèi)容。航跡濾波可以保證航跡的平滑合理，傳統(tǒng)的濾波算法有α-β濾波、α-β-γ濾波和kalman濾波等。隨著戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜型的增加，目標(biāo)的機(jī)動(dòng)能力、電磁干擾能力等的提高對(duì)信息融合濾波算法提出了更高的要求，逐漸興起了性能更好的算法，如無(wú)跡kalman濾波(UKF)、粒子濾波(PF)等[12]。其中，粒子濾波是一種遞推濾波算法，它擺脫了解決非線性濾波問(wèn)題時(shí)隨機(jī)量必須滿(mǎn)足高斯分布的制約條件，且適用于任何通用狀態(tài)空間模型以及用傳統(tǒng)kalman濾波不能表示的非線性系統(tǒng)，在導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合中有廣泛的應(yīng)用前景，需要進(jìn)一步改進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)高精度濾波技術(shù)和彈道目標(biāo)的快速跟蹤。

3.3.3 不同維航跡快速關(guān)聯(lián)算法

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。在多傳感器信息融合系統(tǒng)中，同一批目標(biāo)可能同時(shí)被多個(gè)傳感器發(fā)現(xiàn)，從而形成不同的本地航跡。信息融合的基本任務(wù)之一就是對(duì)所有本地航跡與綜合航跡進(jìn)行相關(guān)處理，即去重復(fù)處理。常見(jiàn)的關(guān)聯(lián)算法有：最近鄰數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、多假設(shè)跟蹤、模糊數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等[13]。這些算法的運(yùn)算量都很大，而且都是針對(duì)情報(bào)數(shù)據(jù)維數(shù)相同的理想情況。導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的預(yù)警探測(cè)器種類(lèi)多，提供的情報(bào)數(shù)據(jù)維數(shù)、格式都不盡相同，如紅外傳感器目前只能提供目標(biāo)的角度信息而無(wú)法提供目標(biāo)的距離信息，而雷達(dá)可以提供目標(biāo)的距離信息和角度信息，但紅外傳感器提供的角度信息更精確。因此，在航跡相關(guān)時(shí)，就必須考慮這些情況，研究不同維航跡的快速關(guān)聯(lián)算法。

3.3.4 多源異質(zhì)智能信息融合算法

從戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境來(lái)看，導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的信息融合要處理大量不同平臺(tái)不同類(lèi)型的傳感器(即異質(zhì)傳感器)數(shù)據(jù)，以及反映數(shù)值數(shù)據(jù)關(guān)系和含義的抽象數(shù)據(jù)。尤其在日益復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，數(shù)據(jù)本身具有不確定性時(shí)，為了減少不確定性影響，需要使用更多的推斷和推理技術(shù)，而智能信息處理技術(shù)正好可用于獲得這些推斷和推理。目前智能信息融合算法主要有：蟻群算法、粒子群優(yōu)化算法等[14]。智能信息處理是不確定信息處理的有效途徑，研究智能信息融合算法和融合推理技術(shù)可以針對(duì)復(fù)雜的環(huán)境和目標(biāo)時(shí)變的動(dòng)態(tài)特征，在難以獲得先驗(yàn)知識(shí)的前提下，建立具有良好穩(wěn)健性和自適應(yīng)能力的融合機(jī)制，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析、補(bǔ)充綜合、協(xié)調(diào)修改及取舍，保證系統(tǒng)的容錯(cuò)性和穩(wěn)健性。

3.3.5 真假?gòu)楊^智能識(shí)別算法

彈道目標(biāo)的真假?gòu)楊^識(shí)別，即根據(jù)目標(biāo)的紅外輻射特性、電磁輻射特性和運(yùn)動(dòng)特性，辨別是真彈頭還是假?gòu)楊^(誘餌)，這是導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合算法研究的重要內(nèi)容。為提高目標(biāo)識(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性，必須綜合利用多個(gè)或多類(lèi)傳感器協(xié)同探測(cè)信息互補(bǔ)融合處理來(lái)進(jìn)行目標(biāo)的分類(lèi)識(shí)別，采用“分層有序”的方法[15]，綜合出目標(biāo)的屬性信息。需要重點(diǎn)研究目標(biāo)圖像和航跡信息的圖像配準(zhǔn)、特征提取處理技術(shù)，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、D-S證據(jù)理論等的真假目標(biāo)分類(lèi)算法。

4 結(jié)論與展望

導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的信息融合技術(shù)是突破空天地預(yù)警信息協(xié)同應(yīng)用以及信息與平臺(tái)緊密鉸鏈的核心技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)一體化的重要技術(shù)保證。本文從功能模型、結(jié)構(gòu)模型、算法模型3個(gè)方面對(duì)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)預(yù)警信息融合模型進(jìn)行了綜述和討論。針對(duì)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的預(yù)警信息融合問(wèn)題，認(rèn)為以下幾個(gè)研究方向值得關(guān)注：

1)融合系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。對(duì)于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)這種具有大尺度復(fù)雜動(dòng)態(tài)交互特性的系統(tǒng)，需要科學(xué)的系統(tǒng)工程理論和方法指導(dǎo)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和建設(shè)，以確保滿(mǎn)足軍事需求，因此體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究勢(shì)在必行。DoDAF(department of defense architecture framework)[16]、數(shù)據(jù)融合樹(shù)(data fusion tree)[17]等體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法己成為美軍研究和開(kāi)發(fā)復(fù)雜大系統(tǒng)所遵循的標(biāo)準(zhǔn)，可以為導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法提供參考。如何利用現(xiàn)有的DoDAF等體系結(jié)構(gòu)描述方法，進(jìn)行導(dǎo)彈防御系統(tǒng)信息融合的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的研究方向；

2)融合算法的有機(jī)結(jié)合。對(duì)于導(dǎo)彈防御系統(tǒng)這樣的大型信息融合系統(tǒng)，任何單一的融合算法往往都不能勝任，隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展與對(duì)各融合算法認(rèn)識(shí)的深入，怎樣將幾種算法有機(jī)結(jié)合起來(lái)，以平衡系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、精確性和魯棒性是一個(gè)值得深入研究的課題；

3)信息融合系統(tǒng)仿真與性能評(píng)估。導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的信息融合涉及多個(gè)傳感器或平臺(tái)的集成，對(duì)于這樣的復(fù)雜系統(tǒng)僅靠解析方法很難進(jìn)行全面的分析，而實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用高昂，因此需要借助于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)建立仿真系統(tǒng)，主要研究?jī)?nèi)容包括：仿真實(shí)體模型多粒度建模，用于滿(mǎn)足不同的仿真需求；算法模塊組件化開(kāi)發(fā)，支撐靈活替換；建立獨(dú)立的評(píng)估分析支持庫(kù)，對(duì)整個(gè)仿真過(guò)程的評(píng)估提供支撐。在性能評(píng)估方面，包括對(duì)輸入信息的評(píng)估以及對(duì)融合算法評(píng)估2個(gè)方面。無(wú)真實(shí)數(shù)據(jù)下的評(píng)估指標(biāo)及方法、指標(biāo)集的完備化和標(biāo)準(zhǔn)化等是重要的研究方向。

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Research on Early Warning Information Fusion Model of Missile Defense System

Wu Jianfeng，Huang Shucai， Gao Yupeng， Kang Hongxia

Air and Missile Defense College，Air Force Engineering University，Xi’an 710051，China

Amaincharacteristicofmissiledefensesystemestablishementisorientedtoinformationprocessing,andinformationfusionisthekeytechnologyofachievingintegrationbattleandintelligentdecisioncommandformissiledefensesystem.Bytakingtheintegrationofmissiledefensesystemastheresearchobject,onthebasisofanalyzingthebattleflowandearlywarninginformationprocessingprocedureofmissiledefensesystem,thespecificinformationfusionmodelswhicharesuitableformissiledefensesystemareproposedbythreeaspectsknownasfunctionalmodel,mixedstructuremodelbasedonfeaturelevelandkeyalgorithmmodelsthatisorientedtoprojectapplication,andtheresearchdirectionanddevelopmenttrendareprospected.

Missiledefensesystem；Earlywarning；Informationfusion；Functionalmodel；Structuremodel；Algorithmmodel

2015-01-26

吳建峰(1981-)，男，陜西扶風(fēng)人，博士，講師，主要研究方向?yàn)榭仗靺f(xié)同探測(cè)與智能信息處理技術(shù)；黃樹(shù)彩(1967-)，男，湖北黃梅人，博士，教授，主要研究方向?yàn)榭仗旆烙到y(tǒng)與工程；高育鵬(1976-)，男，陜西戶(hù)縣人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)榭仗炷繕?biāo)協(xié)同跟蹤與攔截引導(dǎo)技術(shù)；康紅霞(1980-)，女，陜西榆林人，博士研究生，講師，主要研究方向?yàn)榭仗炷繕?biāo)協(xié)同跟蹤與攔截引導(dǎo)技術(shù)。

TP274+.2；TP212.9

A

1006-3242(2016)06-0007-00