雷達紅外多模復合制導對抗試驗方法

賀 珍，高文靜

(91404部隊，河北 秦皇島 066001)

雷達紅外多模復合制導對抗試驗方法

賀 珍，高文靜

(91404部隊，河北 秦皇島 066001)

分析了復合制導的特點，結合復合制導技術特征和對抗試驗需求，提出了一種基于單模導引頭實現復合制導對抗試驗的方案，并分析了時空配準、數據關聯和融合檢測識別等關鍵技術的解決方法，為不同頻段、不同體制的復合制導對抗和反對抗試驗奠定了良好的基礎。

復合制導；數據關聯；融合識別

0 引 言

隨著現代戰爭攻防對抗日益激烈，戰場環境日趨復雜，單一頻段(或模式)的導彈導引頭因其自身技術性能的局限性和固有的弱點已無法適應戰場環境，滿足在復雜背景和強干擾下準確截獲、跟蹤目標的要求，成為限制精確打擊武器發揮其有效作戰能力的主要因素。為了獲得最佳作戰效果，運用微波、激光、紅外等各種探測器進行多模復合制導已成為導彈制導技術的發展方向。目前,國外現役的導彈武器中就有部分采用了復合制導技術，如美國現役的魚叉AGM-84E導彈、臺灣現役的雄風Ⅱ制導頭均采用主動雷達和紅外復合制導，美國的RIM-116A導彈和哈姆空地導彈改進型采用的是被動雷達和紅外復合制導[1]，俄羅斯的日炙SS-N-22反艦導彈采用的是主動雷達和被動雷達復合制導，挪威在研的企鵝4反艦導彈采用的是毫米波雷達、激光和紅外復合制導。因此，研究雙(多)模復合制導技術的特點，以及針對復合制導技術進行干擾和反干擾是我軍在未來戰爭中處于不敗地位的關鍵。

1 多模復合尋的制導技術

多模復合尋的制導(簡稱復合制導)是指在導彈武器攻擊過程中，采用兩種以上的制導方式，分時或同時完成制導過程。采用各種不同模式、不同方式組合的多模復合制導綜合了各種單模制導的優點，具有很強的抗干擾能力和目標識別能力。例如雷達和紅外復合制導方式，既有雷達的全天侯工作、作用距離遠的優勢，又有紅外制導系統隱蔽性好、目標識別能力強且不容易被電子偵察系統偵察干擾等優點。

1.1 復合制導的優勢

1.1.1 增強了導彈的生存能力和突防能力

復合制導提高了導引頭使用的靈活性，可預編程設計自動切換多個導引頭的工作狀態，在導彈受到某種干擾時，總有某個導引頭可以提供信息，提高了制導系統的抗干擾能力。

1.1.2 提高了目標檢測概率

雙(多)模復合制導的選模原則是：工作頻率相隔越遠越好，工作模式在探測能力和抗干擾功能上要互補，以擴展時間、空間覆蓋范圍，提高系統的檢測、跟蹤能力，擴展制導范圍。

1.1.3 減少了信息的模糊性

復合制導降低了選擇目標的不確定性，提高了對目標的識別能力。

1.1.4 提高了空間分辨力

復合制導可以獲得比任何單模制導更高的分辨力，使測得的目標位置數據更準確。

1.1.5 全天候作戰能力強

多模復合制導各種模式相互配合使用，提高了對復雜戰場環境適應能力；多個工作頻段相互補充，提高了全天候作戰能力。

1.2 多模復合制導的關鍵技術[2-3]

1.2.1 頭罩技術

多模復合制導導彈的頭部需安裝雙(多)模導引頭，這些導引頭的探測器都需要外罩保護。這種頭罩不但要考慮具有良好的電磁透波性和光學透光性，以滿足雷達和紅外、電視、激光導引頭對觀測的要求，還要考慮具有良好的空氣動力外型和耐高溫性，以減少頭罩對導彈飛行的影響，技術實現難度很大。

1.2.2 雙模集能器設計技術

雙模集能器是一個復合功能器件，既要同時滿足兩種模式探測目標的要求，其機械強度、剛度和耐高溫性能還要同時滿足導彈高速飛行、大過載的要求，而且外形和體積還要適應導彈空間的約束，設計和安裝難度都很大。

1.2.3 自適應邏輯控制技術

導引頭的自適應邏輯控制是根據信號環境及各導引頭傳感器的工作狀態和受干擾情況來自適應選擇導引頭的工作方式。導引頭的自適應邏輯控制主要有兩種方式：同控式和轉換式。同控式是指參與復合的不同模式導引頭同時開機，同時搜索、跟蹤目標，各導引頭輸出的數據送往數據處理系統進行融合處理，給出統一的目標位置數據送給導彈自動駕駛儀，控制導彈朝著目標方向飛行并實施攻擊。轉換式工作方式是指在復合制導中，同一時間只有一個模式工作，其他導引頭處于等待狀態，當工作模式受干擾或出現故障時，控制另一模式工作；或者選擇在不同的時間(或距離)段由不同的模式工作，達到導引頭的最優工作選擇，提高導彈的作戰效能。

1.2.4 多模信息融合處理

多模復合制導中難度最大的關鍵技術是多模信息的融合。導引頭抗干擾性能好壞的最終體現是對跟蹤目標實體的定位、表征和識別。實踐證明，多傳感器數據融合處理后的目標識別性能比單一模式的最佳目標識別性能要好，但是多模信息融合處理錯誤將導致導彈攻擊失誤。

2 多模復合制導電子對抗試驗方法

為了研究多模復合制導技術在電子對抗中的性能、特征，探討對應不同模式的復合制導應采取的干擾措施，檢驗干擾設備對敵方多模復合制導系統的干擾效果，從而推動對多模復合制導系統的干擾技術研究和裝備發展，就必須開展針對復合制導系統的電子對抗試驗。

在進行多模復合制導系統的電子對抗試驗中，多模復合制導頭作為測量設備，用于檢驗干擾設備對復合制導的對抗效果，因此可以不必受彈上設備體積、重量的限制，也無須共口徑，可避免頭罩、多模集能器等問題。多種導引頭可獨立工作，分別模擬各種復合制導的功能，因此可簡化對多模復合制導頭的研制要求，主要須解決時空配準、數據關聯和融合識別跟蹤等問題。

2.1 多模復合制導電子對抗試驗系統組成

試驗系統主體由具有代表性的導引頭，如主/被動雷達導引頭、毫米波導引頭、電視/激光/紅外導引頭及其輔助控制設備構成，如圖1所示。可根據不同模式對抗試驗的需要，在復合信息處理系統的控制下，構成不同的復合制導模式(如雷達/紅外，雷達/電視，雷達/電視/激光，主動雷達/被動雷達等)的對抗試驗系統，選擇不同的制導模式來檢驗干擾設備的干擾效果。

圖1 雷達/紅外成像復合導引對抗試驗系統組成框圖

根據控制終端設置的對抗試驗流程，各測試導引頭獲得的數據實時傳給復合信息處理系統進行關聯和融合處理，并將融合后的航跡信息送到各導引頭，用于引導伺服系統進行導彈的運動控制，以修正跟蹤航向。

以雷達/紅外復合制導為例，其對抗試驗的基本工作流程如下：

(1) 雷達導引頭首先開機，跟蹤目標后，將相關信息送到復合處理系統，由其根據雷達輸出的方位角，完成對紅外導引頭的引導。

(2) 紅外成像系統開機，對視場內的目標進行檢測識別，并將紅外成像處理的相關信息送到復合處理分系統。

(3) 復合處理分系統將雷達數據與紅外數據進行復合，根據復合結果輸出控制指令和復合方位角分別給雷達和紅外導引頭。各單模導引頭接收復合處理分系統的控制指令，產生相應的動作(重新搜索或轉至復合方位角)。

雷達/紅外成像復合導引對抗試驗系統組成及工作原理如圖2所示。

圖2 雷達/紅外成像復合導引對抗試驗系統組成框圖

復合處理分系統由視頻信號采集處理模塊、RS422接口通信模塊、定位設備時統卡、主控計算機組成。

視頻信號采集處理模塊根據雷達和紅外成像的狀態信息，進行雷達視頻回波處理和紅外圖像處理，得到相應的特征量，識別出干擾和目標，通過PCI總線將特征量的結果輸出到主控計算機，主控計算機運行融合算法，得出相應的控制指令和復合方位角。

復合處理分系統接收靶場時統信號(定位設備時統卡)，作為兩個導引頭的時間基準。

基于雷達導引頭與紅外成像導引頭復合制導需解決的主要技術問題包括時空配準、融合檢測和融合識別等。

2.2 時空配準處理

因為參與復合處理的末制導設備所使用的坐標系和采樣頻率不同，所以送至復合信息處理設備的目標信息既不同步又不處于統一的測量坐標系中，如果不進行時空配準，融合后的精度可能會比單一導引模式更差，失去融合意義。因此，在進行融合處理前，需要對參與復合的信息進行時間同步和空間變換處理。

空間配準主要將雷達和紅外成像導引頭的方位視場中心進行配準，使紅外、雷達和轉動平臺三者的轉動中心處于同一鉛垂線上，保證在鎖定狀態下紅外成像光軸、雷達電軸與彈軸重合一致，并在每次試驗前進行標定。將安裝后雷達和紅外視場中心不能絕對重合的誤差作為系統誤差，在后續的處理中消除。

時間配準方法主要有曲線擬合法、最小二乘法和線性插值法等[4]，其基本思想都是以某一傳感器時間節點為基準，對其余傳感器通過已知時間節點上的數據來估計所需時間節點上的數據，從而實現傳感器在時間節點上的一致性。線性插值法能夠保證插值函數和被插函數在插值節點處相等，不會引入新的誤差，計算相對簡單，實時性強。線性插值法時間配準原理如圖3所示。

圖3 線性插值法時間配準原理圖

以數據周期大的紅外數據為時間基準，假設雷達和紅外成像的數據周期分別為T1和T2，T1

(1)

復合處理分系統接收GPS時統信號，為兩個導引頭提供時間基準。

2.3 數據關聯處理

數據關聯處理用于確定雷達和紅外是否探測的是同一目標。設雷達和紅外的測量數據已經進行了時空配準，雷達輸出的方位角為ψ1，標準差為δ1；而紅外導引頭的輸出方位角為ψ2，標準差為δ2。若兩傳感器跟蹤的是同一目標，設跟蹤誤差呈正態分布，則兩傳感器輸出的目標方位角之間的差值小于或等于3(δ1+δ2)+δ的概率約為0.9973，即

|ψ1-ψ2|≤3(δ1+δ2)+δ

(2)

其中δ為機械配準誤差。由于測量數據存在誤差且上述算法采用的只是近似模型，故只通過一次數據比較，不能作最后判定。為此需采用3/3法準則，即連續進行3次數據比較，若3次滿足上式，則判定數據未受到干擾，兩傳感器跟蹤的是同一目標，否則認為數據受到了干擾。

如果判斷不是同一目標，則融合處理系統發出報警指令，重新進行搜索，直到判斷為同一目標為止。

2.4 融合識別與復合跟蹤

在對海攻擊過程中，主動雷達往往會受到海面回波的干擾。通過對主動雷達和紅外成像目標信息的融合識別處理，可以將艦船目標從各種雜波干擾中正確地識別出來。

識別過程一般可分為目標數據獲取、特征提取和分類判別3個步驟。目標識別的基礎是目標的特征參數，所謂特征就是真目標與假目標之間的一種差異。雷達目標識別是要從目標的雷達回波中提取出反映真假目標之間差異的相關信息標志和穩定特征來判明回波的屬性(如圖4、5所示)，還可以從雷達的視頻回波中分辨出目標回波和箔條干擾。目標回波信號幅度起伏慢、平穩；而箔條之間的幾何位置無固定關系，回波信號起伏快、閃爍大；雷達接收的箔條回波寬度明顯比目標回波寬度寬，再根據紅外成像獲取的紅外圖像特征信息，經過加權算法[6]，可以獲得更加準確的復合目標識別結果。

圖4 目標回波

圖5 箔條回波

融合識別體現的是傳感器的優勢互補：紅外成像能夠體現目標的形狀信息，主動雷達能夠提供紅外成像無法獲取的目標距離信息。在融合識別過程中，應充分利用這些信息的互補性。紅外成像提供的可供目標識別的信息較雷達豐富，因此在目標識別過程中，應該以紅外成像信息為主，雷達提供的信息作為輔助判據。

融合跟蹤的功能是通過雷達和紅外對目標的測量結果，采用加權的最小二乘融合方法使目標的角位置精度得到進一步的提高。

3 結束語

隨著融合技術在制導領域的應用，導彈武備系統的發展將進入一個新階段。復合制導因其抗干擾能力強，檢測、跟蹤目標性能更可靠、穩定，越來越受到各國軍界的重視，成為未來制導技術發展的方向。因此，建立對復合制導系統的電子對抗檢驗系統是非常必要的。基于已有的單模導引頭設計的復合制導對抗試驗系統，可節約大量的硬件制造經費，且功能強、使用靈活、方便，能夠模擬不同頻段、不同體制的復合制導對抗試驗過程，在解決了時空配準、數據關聯、融合識別等關鍵技術問題后，能廣泛地應用到復合制導頭的電子對抗試驗中。

[1] 徐春夷. 復合制導技術的現狀與發展[J].制導與引信, 2008(1):17-21.

[2] 劉隆和.雙模復合尋的制導[J]. 海軍航空工程學院學報,1999(3):215-219.

[3] 劉隆和.多模復合尋的制導技術[M].北京：國防工業出版社,1998.4.

[4] 夏克強,等. 紅外/雷達復合制導數據融合技術中的時間較準方法研究[J]. 航天控制, 2007(1):8-12.

[5] 孫殿星,等. 雷達/紅外復合制導體制下的目標融合檢測方法研究[J]. 紅外,2010(5):16-22.

[6] 艾薇.雷達/紅外復合目標識別技術研究[J]. 現代電子技術,2010(17):7-9.

[7] 殷艷華,等. 雷達/紅外成像復合制導信息融合技術[J].紅外與激光工程,2009(3):548-552.

A radar/infrared multi-mode compound guidance test method

HE Zhen, GAO Wen-jing

(Unit 91404 of the PLA, Qinhuangdao 066001, China)

With an analysis of the characteristics of the compound guidance, a compound guidance test method based on the single-mode seeker is proposed, combined with the technical features of the compound guidance and the test requirements. Besides, the solutions to the key technical problems such as the time-space registration, the data association, and the fusion detection and identification are analyzed, which lay a good foundation for the ECM and ECCM tests of the compound guidance with different frequency bands and systems.

compound guidance; data association; fusion identification

2014-09-12

賀珍(1961-)，女，高級工程師，研究方向：雷達與電子對抗。

TN959.21

A

1009-0401(2014)04-0016-04