對敵我識(shí)別信號的主被動(dòng)偵察定位技術(shù)研究

吳 昊，趙巾衛(wèi)，劉志武，盧 鑫，聶海江，朱曉丹

（中國航天科工集團(tuán)8511 研究所，江蘇 南京 210007）

0 引言

敵我識(shí)別偵察研究作為電子偵察領(lǐng)域的一個(gè)重要內(nèi)容，是獲取軍事情報(bào)的重要渠道。然而，敵方敵我識(shí)別應(yīng)答機(jī)開機(jī)時(shí)間有限，對其偵察必須采取有效措施，增加敵應(yīng)答機(jī)開機(jī)工作時(shí)間以提高時(shí)間截獲概率。

通過對敵我識(shí)別信號的主被動(dòng)一體偵察定位技術(shù)的研究，可有效獲取戰(zhàn)場態(tài)勢，為信息獲取系統(tǒng)采取相應(yīng)對抗措施提供依據(jù)，保證復(fù)雜電磁環(huán)境下的預(yù)警探測和防御反擊等能力。該項(xiàng)研究有較大應(yīng)用價(jià)值。

1 工作原理

對敵我識(shí)別信號的主被動(dòng)一體偵察主要具備電子偵察與主動(dòng)探測2 種工作模式。

電子偵察工作模式下,系統(tǒng)可采用二維干涉儀測向體制，結(jié)合解碼獲得的目標(biāo)高度經(jīng)驗(yàn)信息，實(shí)現(xiàn)對空中目標(biāo)的單站定位。主動(dòng)探測工作模式下,系統(tǒng)通過輻射敵我識(shí)別模擬信號誘導(dǎo)敵方敵我識(shí)別應(yīng)答機(jī)開機(jī),以獲取測距信息，結(jié)合二維測向信息進(jìn)一步提高定位精度。對敵我識(shí)別信號的主被動(dòng)一體偵察場景如圖1 所示。

圖1 敵我識(shí)別信號主被動(dòng)一體偵察場景

2 主被動(dòng)協(xié)同偵察工作流程

正確使用被動(dòng)偵察系統(tǒng)，可有效減少主動(dòng)誘發(fā)系統(tǒng)的電磁輻射時(shí)間，提高系統(tǒng)生存能力和抗干擾性能；利用主動(dòng)方式使敵方敵我識(shí)別系統(tǒng)開機(jī)，可有效提高系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率，并測得目標(biāo)與觀測平臺(tái)之間的距離。

為了提高系統(tǒng)綜合性能，根據(jù)不同情況，主被動(dòng)協(xié)同偵察使用流程如下：

1）利用電子偵察對?？沾髤^(qū)域內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行搜索、截獲、分析、檢測、識(shí)別以及定位，并基于已有的目標(biāo)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行目標(biāo)類型判別和目標(biāo)的威脅等級分類；

2）利用電子偵察提供的目標(biāo)位置和屬性信息，引導(dǎo)系統(tǒng)主動(dòng)誘發(fā)敵我識(shí)別信號對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行探測并判斷是否有更新的目標(biāo)信息數(shù)據(jù)；

3）綜合利用主動(dòng)誘發(fā)所偵察的信息與電子偵察信息數(shù)據(jù)進(jìn)行信息融合處理，獲取高性能、高可靠的目標(biāo)信息結(jié)果。

復(fù)合探測工作流程圖如圖2 所示。

圖2 復(fù)合探測工作流程圖

3 敵我識(shí)別主動(dòng)探測技術(shù)

敵我識(shí)別詢問信號高精度模擬需要根據(jù)不同的任務(wù)以及目標(biāo)，模擬出高逼真度的敵我識(shí)別詢問信號,并按照特定的詢問規(guī)律發(fā)射，從而誘導(dǎo)實(shí)施電磁靜默的作戰(zhàn)對象發(fā)射敵我識(shí)別應(yīng)答信號。

(1)分別針對高峰期和非高峰期的發(fā)車間隔進(jìn)行優(yōu)化，高峰期的發(fā)車間隔誤差為±10 s，非高峰期發(fā)車間隔的誤差為±30 s。

主要考慮2 種思路進(jìn)行高保真模擬。

一是根據(jù)敵我識(shí)別詢問信號協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)完成模擬。敵我識(shí)別各模式標(biāo)準(zhǔn)如圖3 所示。

圖3 敵我識(shí)別主要模式及其格式

二是根據(jù)偵察到的詢問信號參數(shù)完成模擬。根據(jù)偵察到的詢問信號脈沖間隔、周期以及詢問規(guī)律等模擬誘導(dǎo)信號，或者提前存儲(chǔ)偵察到的敵我識(shí)別詢問信號，通過放大轉(zhuǎn)發(fā)完成主動(dòng)探測信號的發(fā)射。

敵我識(shí)別詢問、應(yīng)答信號的配對主要獲取不同類型或不同型號輻射源對不同詢問的反應(yīng)規(guī)律，為高效的主動(dòng)探測提供最優(yōu)的詢問模式選擇。復(fù)雜環(huán)境下可能同時(shí)存在多個(gè)敵我識(shí)別詢問臺(tái)，導(dǎo)致偵察系統(tǒng)接收到多個(gè)敵我識(shí)別應(yīng)答信號的概率大大增加，如何判斷偵收應(yīng)答信號與我方輻射詢問信號的匹配度是技術(shù)難點(diǎn)。

正常情況下，詢問與應(yīng)答是相互伴隨的，應(yīng)答機(jī)在接收到詢問信號之后開始應(yīng)答，考慮可能的傳播路徑差，需取一個(gè)合理長度的滑動(dòng)時(shí)間窗，并對落在時(shí)間窗內(nèi)的詢問和應(yīng)答信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，若能判定它們之間的詢問和應(yīng)答類型一致，則認(rèn)為是一對配對信號，并通過相對時(shí)間延遲信息獲取距離測量結(jié)果。

4 敵我識(shí)別單站定位技術(shù)

敵我識(shí)別單站定位是根據(jù)目標(biāo)與觀測站之間的方位與俯仰角以及目標(biāo)的距離測量值（高度碼，被動(dòng)模式下）對目標(biāo)位置進(jìn)行定位。

在水平定向坐標(biāo)系下定位模型圖如圖4 所示：圖中、、為水平定向坐標(biāo)系，平面為地面的切面，為坐標(biāo)原點(diǎn)(即觀測站位置)，為目標(biāo)位置。為目標(biāo)到地心的連線與地面的交點(diǎn)，||即為目標(biāo)高度，設(shè)為，為測得的目標(biāo)方位角，為測得的目標(biāo)俯仰角。目標(biāo)的定位就是在已知、、的情況下計(jì)算目標(biāo)的位置。

圖4 單站無源定位模型

因此在電子偵察模式下，只需得到即可得到目標(biāo)的定位結(jié)果。

在主動(dòng)探測模式下，由于獲得了目標(biāo)距離信息，可結(jié)合方位、俯仰信息實(shí)現(xiàn)單站高精度定位。則目標(biāo)的坐標(biāo)(x,y,z)為：

電子偵察模式下，因?yàn)槟繕?biāo)的高度信息是通過敵我識(shí)別編碼脈沖得到的，所以在下面的仿真中，可以假定目標(biāo)的高度信息誤差為零。

方位精度 1°、俯仰精度0.3°、俯仰角4°時(shí)單站定位精度如圖5所示。俯仰角10°時(shí)單站定位精度如圖6所示。

圖5 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、俯仰角4°)

圖6 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、俯仰角10°)

從圖5—6 可以看出：俯仰角＞4°,相對定位精度為8%；俯仰角＞10°時(shí),相對定位精度為3.5%。

主動(dòng)探測模式下，由于獲得了距離信息，可有效提高定位精度，采用與電子偵察模式相同的仿真條件，單站定位精度如圖7 所示。

圖7 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、測距精度30 m)

在完成對目標(biāo)的單站定位后，采用跟蹤濾波方法，可以提升對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的定位跟蹤精度。為兼顧到確定性機(jī)動(dòng)和隨機(jī)性機(jī)動(dòng)2 種情況，研究重點(diǎn)關(guān)注勻速運(yùn)行、勻加速運(yùn)行2 種運(yùn)行模型。

在選定目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上，擬采用交互式多模型（IMM）處理方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型自適應(yīng)匹配。該算法采用多個(gè)不同的運(yùn)動(dòng)模型來分別匹配目標(biāo)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，盡可能真實(shí)地反映目標(biāo)的機(jī)動(dòng)情況。IMM 算法是在濾波性能和算法復(fù)雜度方面的一個(gè)完好折衷，計(jì)算量僅與一階廣義偽貝葉斯(GPB1)算法相當(dāng)，但濾波精度卻能達(dá)到二階廣義偽貝葉斯算法的濾波精度。在計(jì)算過程中各個(gè)模型進(jìn)行并行濾波，同時(shí)各模型之間根據(jù)馬爾科夫轉(zhuǎn)移概率進(jìn)行轉(zhuǎn)移，最終各個(gè)模型濾波結(jié)果的加權(quán)求和即為目標(biāo)狀態(tài)的最終估計(jì)結(jié)果。IMM 算法處理流程如圖8 所示。

圖8 交互式多模型算法處理流程

通過作戰(zhàn)對象分析可見，空中動(dòng)目標(biāo)在作戰(zhàn)過程中往往會(huì)采用具有一定特征的飛行航跡，如圓形、“8”字形、跑道形等航跡，在較為穩(wěn)定的高度、以勻速飛行的方式執(zhí)行任務(wù)，而較為穩(wěn)定的飛行高度可作為先驗(yàn)知識(shí)，為快速跟蹤濾波方法設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。圖9 為對4 類飛行航跡的跟蹤效果，假設(shè)飛機(jī)飛行速度為500 m/s。

圖9 4 類飛行航跡跟蹤仿真結(jié)果

5 結(jié)束語

本文分析了主被動(dòng)協(xié)同偵察一體化工作原理，給出了協(xié)同偵察工作流程。描述了敵我識(shí)別主動(dòng)探測手段，提出了對敵我識(shí)別信號單站定位與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法。通過仿真驗(yàn)證了其定位效能。目前對敵我識(shí)別主動(dòng)偵察方法只是從理論上探究了可行性，實(shí)際運(yùn)用時(shí)，還需要進(jìn)一步地通過試驗(yàn)來完善。