一種編隊多傳感器搜索空域協同分配算法

劉 欽 趙 剛

(中國電子科技集團公司第二十研究所 西安 710068)

0 引言

現代雷達具有搜索、跟蹤、制導等多項功能。各雷達的探測精度、數據率、覆蓋范圍、工作體制不同，造成探測信息的多元化，加之敵方戰場環境快速變化，均要求編隊能夠根據戰場信息需求，快速、靈活地選擇不同類型、個數、功能的傳感器進行協同探測組織與控制[1]，充分發揮各雷達性能，實現傳感器資源的快速最優分配，縮短系統反應時間，實現發現即鎖定、發現即摧毀。

在目標跟蹤階段，較多的雷達時間資源用于威脅目標的鎖定，留給目標發現的時間資源已不足。但是，海上編隊往往需要面對來自敵方的低空、超低空、多批次、高強度的飽和攻擊威脅，在跟蹤鎖定的同時仍需要對潛在威脅方向進行重點搜索，集中優勢資源對敵方攻擊企圖的方向加強探測[2]，有效縮短探測時間，提高探測效率。

本文從編隊協同作戰的實際需求出發，根據實際雷達參數建立搜索空域分配模型，在將搜索空域柵格化后，以空域覆蓋、掃描時間、檢測概率等因子建立目標函數，設置重點搜索區域后對編隊雷達的搜索資源進行統一分配，提高了編隊資源的有效利用率，實現了編隊的早期預警和有效防空。

1 搜索空域分配模型建立

編隊中各雷達的搜索空域按空域劃分，不同的搜索模式覆蓋不同的空域范圍且具有不同的搜索周期。

在編隊雷達資源協同分配時，需要綜合考慮雷達的類型、探測距離、覆蓋范圍、搜索速度以及針對不同電磁環境的差異性。假設雷達在不同的工作模式下具有不同的探測距離，則雷達探測距離R可表示為R=[R1,R2,…,Rn]；θ為雷達的方位角范圍[θmin,θmax]，φ為雷達的俯仰角范圍[φmin,φmax]；L(x,y,z)為雷達位置坐標；AR[L,R,θ,φ]為雷達的屬性，則雷達可表示為RA[ID,AR,K,W]，其中，K為雷達類型標識，ID為雷達編號，W為權重系數，可根據指揮系統要求事先設定。威脅空域信息主要包括威脅空域的范圍和威脅強度。令AT=[R1TH,R2TH;θ1TH,θ2TH;φ1TH,φ2TH]，分別表示威脅空域距離、方位、俯仰前后沿,LE為威脅強度等級，則威脅空域模型為TH[ID,AT,LE],其中ID為威脅空域編號。

2 多平臺搜索空域分配

分配時采用以下效能指標。

1)空域覆蓋

將編隊警戒空域劃分成多個等間距的柵格點，計算單雷達對某威脅空域柵格G=[g1,g2,…gn的覆蓋情況[3]。

(1)

COVij=DD∩DA∩DP

(2)

空域中多個雷達對某威脅空域柵格的覆蓋情況按如下公式計算：

(3)

其中，m為編隊雷達總數，n為威脅空域的柵格總數。

2)掃描時間

在進行空域分配時，除了考慮某雷達對威脅空域的覆蓋情況，還需考慮該雷達掃描該空域的時間消耗，即雷達掃描效率。雷達掃描效率按如下公式計算：

(4)

3)檢測概率

(5)

(6)

3 協同分配算法

空域分配的目標函數為：

e=egq+(1-e)PagPbPD/Pg

(7)

其中，q代表威脅空域的優先級，e是威脅空域優先級對分配效能影響的權系數。

4 仿真計算

雷達1在搜索模式1、2、3下威力分別為280km、140km、70km；雷達2在搜索模式1、2、3下威力分別為320km、190km、80km。

1)單威脅區域

如圖1所示，四艘艦船組成菱形編隊，平臺間相距20km，威脅空域的距離范圍為60km～160km，方位范圍為30°～110°，俯仰范圍為0°～20°。

圖1 場景一示意圖

編隊編成平臺分配結果傳感器搜索模式分配結果效能值編隊編成1:平臺1、4為雷達1,平臺2、3為雷達2平臺2模式2平臺4模式10.8118編隊編成2:平臺2、4為雷達1,平臺1、3為雷達2平臺2模式1平臺4模式10.8235編隊編成3:平臺3、4為雷達1,平臺1、2為雷達2平臺2模式2平臺3模式10.8235編隊編成4:平臺1、2、3、4均雷達1平臺2模式1平臺3模式10.8353

從上表可以看出，在不同編隊編成下均可進行傳感器平臺、傳感器搜索模式的自適應分配，分配效能是在當前編成下的最大效能。從編隊編成4可以看出，在各平臺配置相同的情況下，分配結果主要與平臺、目標位置相關；在各平臺配置不同的情況下，分配結果除了與平臺、目標位置相關外，還和各平臺上雷達性能相關。

圖2是在編隊編成1下的分配結果，圖中藍色區域表示無法覆蓋區域，綠色區域表示單部雷達覆蓋區域，紅色區域表示多部雷達覆蓋區域。分配結果為平臺2的雷達2采用搜索模式2，平臺4的雷達1采用搜索模式1，分配效能為0.8118。

2)干擾環境目標機動運動

如圖3所示，四艘艦船組成菱形編隊，平臺間相距20km，威脅空域1的距離范圍為60km～160km，方位范圍為30°～110°，俯仰范圍為0°～20°；威脅空域2的距離范圍為120km～200km，方位范圍為150°～200°，俯仰范圍為0°～10°。

圖2 不同高度探測覆蓋情況

圖4是在編隊編成1下的分配結果，圖中藍色區域表示無法覆蓋區域，綠色區域表示單部雷達覆蓋區域，紅色區域表示多部雷達覆蓋區域。分配結果為平臺1的雷達1采用搜索模式1，平臺4的雷達2采用搜索模式3，分配效能為0.7717。

圖3 場景二示意圖

編隊編成平臺分配結果傳感器搜索模式分配結果效能值編隊編成1:平臺1為雷達1,平臺2、3、4為雷達2平臺1模式1平臺4模式30.7717編隊編成2:平臺3、4為雷達1,平臺1、2為雷達2平臺3模式1平臺4模式10.8083

圖4 不同高度探測覆蓋情況

5 結束語

單平臺作戰已成為歷史，未來的作戰方式必然是多平臺協同作戰，對探測系統、武器系統、指控系統提出了更高的要求。本文從編隊協同作戰的實際需求出發，考慮到實際雷達的受控限制，建立搜索空域分配模型對編隊雷達的搜索資源進行統一分配，仿真結果證明了該算法的有效性，對實際多雷達協同搜索具有較高的指導意義。

參考文獻:

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