跨平臺多傳感器目標統一態勢生成分布式融合算法研究

韓衛國，尹曉燕，蔡文彬

(1.中國人民解放軍91404部隊，河北 秦皇島 066001；2. 中國船舶重工集團公司第七二四研究所， 南京 211153)

0 引 言

在現代化信息作戰中，不同作戰群體各平臺的幾十個傳感器受體制、功能、部署等因素的影響難以高速有效提供一致的綜合空情態勢。這制約了武器系統協同進攻，難以使作戰群體構成有機聯系的戰斗整體，難以卓有成效地實現自身防御。

1 設計思想

大型水面艦艇具有較完善的探測設備。這些探測設備包括雷達、聲納、IFF、光電、紅外等各種傳感器，組成了一個可以覆蓋戰場環境的觀測網，其測量信息的維數、類型各不相同，精度也各異。一般有遠程雷達，負責中高空遠程警戒；中程雷達，負責中程對海和對空警戒；近程雷達，負責近程對海和對空搜索；跟蹤雷達和光電跟蹤設備具有很高的精度，負責為武器對海或對空射擊提供解算數據；聲納用于對潛搜索，紅外負責近程警戒，電子偵察負責探測目標的電子輻射信息，數據鏈負責跨平臺信息共享。

在多平臺聯合作戰中，目標統一態勢是基礎。目標統一態勢的生成依賴于各平臺各傳感器的信息融合。多平臺多傳感器信息融合由各平臺不同傳感器系統的各處理節點共同處理、協同完成，參與節點按照“各獻所知，各取所需”，通過協同鏈路進行數據傳輸。區別于傳統的集中式(中心節點)處理方法，本算法針對多平臺多傳感器目標統一態勢生成分布式處理進行研究。如圖1所示，每一個節點均為一個融合節點，采用分布式融合的思想，將探測和處理任務合理分布在各節點，每個節點上的傳感器負責各自的探測任務，進行處理后向其他節點輸出處理結果，同時每個節點根據本節點的探測處理結果和接收到的其他節點的處理結果信息完成態勢的合成和處理，并進行處理后完成數據的上報。

圖1 跨平臺多傳感器協同目標態勢生成示意圖

本算法為一種分布式融合算法，每個融合節點都根據相應的規則對接收到的信息進行處理。然而，在實際使用過程中，不同的平臺根據實際需要會賦予特定的工作職能，根據相應的工作職能各個平臺可能會有不同的融合處理規則。在本算法研究應用場景中，設置一艘攔截艦和若干艘協同艦。攔截艦配置有雷達、紅外傳感器和武器系統。攔截艦要打擊的目標為目指目標，其他已錄取建航的目標為其他目標。每艘艦為一個融合節點，每個融合節點實時接收各節點傳感器輸出的原始目標數據和其他融合節點輸出的融合目標數據進行后續處理，如圖2所示。

圖2 跨平臺多傳感器協同目標態勢生成原理框圖

1.1 目標預處理原則

對本節點接收的本節點原始目標數據和其他節點融合目標數據進行關聯比對。若本節點原始數據與其他節點融合目標數據不相關則判為此節點首次發現目標，由本節點進行目標航跡融合處理，建立批號對照表。統一批號采用節點標識加發現節點原始批號構成，編批后使用統一批號進行數據分發。

當某節點接收到其他節點融合目標數據后本節點無此目標數據，則將目標信息傳送至本艦傳感器，并為此目標分配批號，進行建航跟蹤，置保持標記，無論本艦傳感器是否有探測到此目標，航跡始終保持。當某節點跟蹤的目標航跡質量小于1時，不對外輸出此目標的原始數據。

1.2 航跡融合處理原則

各節點進行航跡融合處理時，總的原則是任一目標只能在一個節點上進行融合處理并輸出，目指目標必要由攔截艦進行融合處理輸出。

1.2.1 目指目標融合處理

由攔截艦負責對目指目標的態勢進行融合處理，處理的優點如下：

(a) 保證數據輸出延時最小，由融合處理部分將延時產生的誤差消化；

(b) 可由攔截艦融合本艦光電傳感器共同提高目標精度；

(c) 與武器系統緊密結合，共同提升本艦攔截效率和可靠性。

1.2.2 其他目標融合處理

由發現艦負責對其他目標進行處理。由于威力或視距原因，造成發現艦航跡質量持續降低時切換至威力范圍內質量最高艦船進行融合處理。優點如下:

(a) 由威力范圍內艦艇對目標進行處理使得數據處理精度得到保障；

(b) 減少攔截艦的數據處理壓力。

1.2.3 融合處理節點優先級順序

(a) 目指艦船；

(b) 發現艦船；

(c) 發現艦船丟失后轉至質量最高的艦船。

1.3 目標交接處理原則

在各節點目標融合處理過程中，由于目標被設為目指目標，航跡質量下降或鏈路斷開等原因時需進行目標交接處理。

1.3.1 目指原因交接

如果某一協同艦融合處理的目標被設置為目指目標，則由攔截艦向此協同節點發送融合交接申請。目標交接后由攔截艦對目指目標進行融合處理，協同艦接收融合目標數據。

1.3.2 航跡質量下降交接

如果融合目標的航跡質量下降則由當前融合節點通過威力范圍判斷，向協同節點發送融合交接請求。目標交接后，原融合節點只發送原始目標數據，不再進行融合處理；新融合節點進行融合處理，并發送融合后的目標數據。

1.3.3 鏈路斷開交接

(a) 斷網判斷

若節點在一定時間內未收到某協同艦狀態數據，表明此節點鏈路斷開。當前節點目指目標進行正常處理，非目指目標使用當前節點原始數據進行更新。

(b) 融合目標交接協調方法

發現某節點斷網后，如果本節點傳感器探測到目標，則使用本節點數據對斷網節點負責的目標進行處理，并輸出融合航跡數據。其他協同節點收到融合的數據后，根據質量判斷準則確定是否在當前節點進行融合處理。

(c) 質量判斷準則

根據原始航跡質量、節點號較小艦船進行交接原則進行判斷，如果全都相同則在下個周期進行判斷。

1.3.4 目標融合處理校驗機制

為防止目標交接過程中導致交接處理不成功，目標未被融合處理，需要每個節點對目標是否更新進行判斷，若存在某一融合目標在一定時間內未被刷新，則按照融合目標交接協調方法進行后續處理。

1.4 目標刪批處理原則

1.4.1 人工刪批

任一節點對原始目標進行刪除后，融合目標使用融合數據進行維持，在雷達顯示界面不進行顯示。當維持此目標的節點數為0時，融合目標刪除，并同時刪除所有協同艦船上此目標的原始目標。

1.4.2 自動刪批

當且僅當所有艦船都無法觀測到目標且融合目標航跡質量下降至0時，刪除融合目標，并刪除所有協同艦船上的此批目標信息。

2 實現方法

本算法實現的具體信息流程圖如圖3所示。

圖3 跨平臺多傳感器協同目標態勢生成算法信息流程圖

3 結束語

雷達是現代化信息戰中的重要傳感器，受單平臺雷達性能、資源和使用環境的限制，存在抗干擾、復雜環境下對低可觀測及隱身目標探測和對目標快速建航及抗局部密集飽和攻擊等能力上的不足。光電、紅外等傳感器又是雷達探測的有效補充。進行多平臺多傳感器協同組網探測是彌補上述不足很有效的手段。

本文提出了一種針對跨平臺多傳感器目標統一態勢生成的分布式融合算法，并詳細介紹了具體實現方法，對后續多平臺多傳感器協同組網的深入應用打下了基礎。