基于艦載雷達紅外跟蹤傳感器的作戰(zhàn)使用及抗干擾方法

皇甫一江

(海軍裝備部信息系統(tǒng)局，北京 100841)

基于艦載雷達紅外跟蹤傳感器的作戰(zhàn)使用及抗干擾方法

皇甫一江

(海軍裝備部信息系統(tǒng)局，北京 100841)

介紹了雷達跟蹤傳感器和紅外跟蹤傳感器的應用情況及優(yōu)缺點，論述了雷達、紅外傳感器相互配合的作戰(zhàn)使用方式，提出了一種雷達、紅外跟蹤傳感器的抗干擾方法，分析判斷了雷達和紅外傳感器數(shù)據(jù)，濾除傳感器中的干擾數(shù)據(jù)，為武器系統(tǒng)提供了準確的目標誤差信息，提高了系統(tǒng)抗干擾性能和生存能力。

雷達傳感器；紅外傳感器；抗干擾

0 引 言

根據(jù)現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境需求，單一傳感器難以適應復雜的戰(zhàn)場環(huán)境，采用雷達紅外傳感器融合探測、跟蹤方式，可以提高系統(tǒng)生存能力，擴展空域覆蓋范圍，提高目標可信度和探測性能；特別是在單一傳感器受到干擾時，可以結(jié)合其他傳感器信息完成干擾判定，剔除和降低干擾影響，保持對目標的連續(xù)跟蹤，大幅提升設備抗干擾能力[1]。

在某些情況下跟蹤雷達傳感器需要保持靜寂，避免暴露雷達電磁信息，紅外傳感器可接收值班狀態(tài)非戰(zhàn)時的導航雷達數(shù)據(jù)等作為目標指示信息，自動或手動完成目標捕獲、跟蹤、監(jiān)視。當跟蹤雷達傳感器受到電子干擾或者故障時，亦可采用上述方法，提高系統(tǒng)任務可靠性和生存能力。

1 傳感器簡介

1.1 跟蹤雷達傳感器

跟蹤雷達傳感器屬于有源探測設備，具有作用距離遠、探測空域大、目標捕獲能力強、全天候工作的優(yōu)點，同時具備抗平臺抖動特點，長期以來雷達傳感器在目標探測和跟蹤方面發(fā)揮著重要作用，被譽為戰(zhàn)爭中的“千里眼”。但是由于有源探測傳感器的先天缺陷，雷達面臨電子對抗、反輻射導彈、隱身目標、超低空目標等四大威脅[1]。

隨著技術發(fā)展和作戰(zhàn)需求，目前跟蹤雷達傳感器也在迅速發(fā)展，采用固態(tài)發(fā)射機能提高設備的可靠性、適裝性，拓寬工作頻帶，提升設備跟蹤精度、抗干擾性能；采用智能化自適應信號處理技術，能提高雷達跟蹤和抗干擾性能。

跟蹤雷達傳感器原理框圖如圖1所示。發(fā)射機通過收發(fā)開關和雷達天線將電磁波向空間定向輻射，電磁波在遇到目標后產(chǎn)生后向散射，形成目標回波，通過雷達天線和收發(fā)開關傳送至接收機，接收機將處理過的中頻信號傳送到信號處理機，信號處理計算出目標距離信息、角誤差信息，角碼發(fā)送器通過接口電路將天線方位和俯仰位置送往伺服控制系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)角誤差信息驅(qū)動天線對目標進行角度跟蹤，顯控臺進行過程監(jiān)控[2-3]。

1.2 紅外傳感器

紅外傳感器屬于無源探測設備，本身不輻射能量，通過接收目標輻射熱能進行目標探測和定位，因而具有很大的隱蔽性，不易被偵察和定位，具有較強的抗有源電子干擾能力。由于目標無法避免對外輻射熱量，尤其是目標運動時與空氣摩擦及本身發(fā)動機等部件產(chǎn)生熱量較大，為紅外傳感器的目標探測和定位創(chuàng)造了良好條件。此外，紅外傳感器還具備跟蹤精度高、目標分辨能力強、不受多路徑效應影響等優(yōu)點，在對超低空小目標的跟蹤、海上目標及岸上目標的辨識跟蹤中具有獨特的優(yōu)勢。但光電傳感器存在受氣候條件限制大、作用距離較近、無法提供目標距離信息、自動化程度低、對目標的搜索捕獲能力較差等缺點[1]。

目前紅外傳感器和成像技術類型主要包括掃描/凝視成像、中波/長波/短波成像、制冷/非制冷成像等。凝視成像紅外傳感器具備熱靈敏度高、幀頻高等優(yōu)點；中波紅外傳感器輻射通量大；制冷紅外傳感器響應速度快，探測率高。針對海洋環(huán)境下艦載跟蹤傳感器使命任務需求，選擇中波制冷凝視成像紅外傳感器作為跟蹤傳感器[2]。

紅外傳感器原理框圖如圖2所示。紅外熱像儀將視頻信號傳送至紅外處理器，紅外處理器對視頻進行處理后產(chǎn)生處理后的視頻信號和目標角誤差信息，將處理后的視頻信號送至顯控臺顯示，將目標角誤差信息送至伺服系統(tǒng)，伺服控制系統(tǒng)根據(jù)角誤差信息驅(qū)動天線對目標進行角度跟蹤，顯控臺進行過程監(jiān)控[3-4]。

2 雷達、紅外傳感器配合使用方式

跟蹤雷達與紅外傳感器配合使用原理框圖如圖3所示。利用跟蹤雷達目標捕獲能力強的優(yōu)點進行目標捕獲，發(fā)現(xiàn)目標后轉(zhuǎn)入跟蹤狀態(tài)，同時紅外傳感器對視場內(nèi)圖像進行識別跟蹤。雷達信號處理器和紅外處理器分別對跟蹤雷達和紅外傳感器目標跟蹤狀態(tài)進行確認，提高目標可信度，雷達信號處理器和紅外處理器對探測到的目標信息進行處理，送至伺服控制處理器采用測量數(shù)據(jù)點跡融合等方式進行數(shù)據(jù)關聯(lián)，得出目標偏差數(shù)據(jù)后驅(qū)動天線完成對目標的閉環(huán)跟蹤。

跟蹤雷達和紅外傳感器安裝在平臺不同位置，占用了有限的平臺安裝空間資源，在使用2種傳感器目標跟蹤數(shù)據(jù)時需要進行坐標變換處理。由于甲板變形、測量偏差等因素影響，2種傳感器相對位置無法準確標定，從而影響了目標跟蹤精度。采用跟蹤雷達與紅外傳感器同軸安裝結(jié)構形式可以避免上述不利因素，為2種傳感器融合使用的準確性提供了保障。

3 雷達、紅外跟蹤傳感器抗干擾方法

由于跟蹤雷達的窄波束、定向跟蹤的特性，本身具備較強的抗電子干擾性能。電子對抗系統(tǒng)通常采用欺騙式假目標對跟蹤雷達進行干擾，單脈沖跟蹤雷達擁有較強的抗角度欺騙干擾性能，通常對其采取距離欺騙、速度欺騙、自動增益控制(AGC)欺騙等欺騙性干擾。雖然跟蹤雷達通常采用頻率捷變、重頻抖動/參差等抗干擾措施，仍有一定概率受到電子干擾影響導致目標丟失。利用單一傳感器受到干擾時目標誤差信號會出現(xiàn)非平穩(wěn)態(tài)且與另一跟蹤傳感器產(chǎn)生差別的特性，本文提出了雷達紅外跟蹤傳感器抗干擾方法，具體方法介紹如下：

跟蹤雷達、紅外傳感器跟蹤好目標后，根據(jù)時統(tǒng)定時信號，在一定時間區(qū)段T內(nèi)，對目標信號進行濾波處理，跟蹤雷達信號處理器對目標回波附近噪聲信號進行幅度加權處理后得出門限值A1:

(1)

式中：M為噪聲采樣點數(shù)；Ai為噪聲信號幅值；k1為雷達虛警系數(shù)。

紅外處理器同樣在時間T內(nèi)對目標圖像附近噪聲信號進行幅度加權處理后得出門限值A2：

(2)

式中：N為圖像噪聲采樣點數(shù)；Aj為圖像噪聲信號幅值；k2為紅外虛警系數(shù)。

跟蹤雷達信號處理器和紅外處理器分別對目標信號幅度A(a)、A(b)與計算門限值A1、A2進行比較判斷，求取過門限信號A′(a)、A′(b)：

A′(a)=ρ(a)×A(a)

(3)

(4)

A′(b)=ρ(b)×A(b)

(5)

(6)

然后計算過門限信號角誤差信息Δ(a)、Δ(b)。

根據(jù)目標信號誤差Δφa、Δφb和目標信號A′(a)、A′(b)，計算形成雷達、光電跟蹤傳感器的目標誤差方差D1、D2：

(7)

(8)

根據(jù)跟蹤雷達、紅外傳感器的誤差方差D1、D2進行抗干擾判斷，當D1、D2較小時，則為目標未受到干擾；當D1、D2較大時，則為目標運動發(fā)生機動；當一種傳感器的方差變化較大，而另一傳感器方差較小，則目標未發(fā)生機動，方差變化較大的傳感器受到干擾。此時自動將受干擾傳感器數(shù)據(jù)濾除，為武器系統(tǒng)提供準確的目標誤差信號，有效提高系統(tǒng)抗干擾性能。

4 結(jié)束語

本文介紹了跟蹤雷達和紅外跟蹤傳感器的基本原理、應用情況和各自的優(yōu)缺點，論述了跟蹤雷達、紅外傳感器相互配合的作戰(zhàn)使用方式，提出了一種雷達、紅外跟蹤傳感器的抗干擾方法，通過對雷達和紅外傳感器數(shù)據(jù)的分析，判斷受干擾傳感器數(shù)據(jù)，去除干擾信號對目標跟蹤的影響，為武器系統(tǒng)選擇使用運動濾波模型提供了準確信號和實施依據(jù)，提高了系統(tǒng)的生存能力。

[1] 何友，王國宏.多傳感器信息融合及應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[2] 蔡毅，王嶺雪.紅外成像技術中的9 個問題[J].紅外技術，2013，35(11)：671-682.

[3] 王德純，丁家會，程望東.精密跟蹤測量雷達技術[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4] 丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，2002.

OperationalUseandAnti-jammingMethodBasedonShipborneRadarandInfraredTrackingSensors

HUANGFU Yi-jiang

(Information Systems Agency of Naval Facilities Department,Beijing 100841,China)

This paper introduces the application status and advantages & disadvantages of radar tracking sensor and infrared (IR) tracking sensor,discusses the cooperative operational use mode of radar sensors and IR sensors,puts forward an anti-jamming method of radar and IR tracking sensors,analyzes and judges the data of radar and IR sensors,filters the jamming data in the sensors,provides exact target error information for the weapon system,increases the anti-jamming performance and survival capability of system.

radar sensor,infrared sensor,anti-jamming

2017-11-15

TN97

A

CN32-1413(2017)06-0059-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.06.012