空情數(shù)據(jù)融合仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

郭妍利

摘要：為不斷驗(yàn)證和改進(jìn)融合系統(tǒng)的融合算法，針對(duì)空情數(shù)據(jù)融合的定量評(píng)估問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)空情數(shù)據(jù)融合仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。系統(tǒng)采用組件化技術(shù)架構(gòu)，通過(guò)對(duì)仿真要素靈活規(guī)劃，構(gòu)建防空網(wǎng);根據(jù)規(guī)劃劇情產(chǎn)生精確的雷達(dá)仿真數(shù)據(jù);建立反映實(shí)戰(zhàn)需求的融合評(píng)估指標(biāo)體系;構(gòu)建了一套逼近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的空情數(shù)據(jù)融合仿真驗(yàn)證系統(tǒng)。仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際數(shù)據(jù)運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)仿真場(chǎng)景逼近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境，評(píng)估結(jié)果合理可信。

關(guān)鍵詞：組件化技術(shù)架構(gòu);劇情制作;雷達(dá)仿真;融合評(píng)估

中圖分類號(hào)：TN957.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）13-0213-02

1 概述

防空情報(bào)數(shù)據(jù)融合是防空系統(tǒng)的重要功能，但對(duì)空情數(shù)據(jù)融合的評(píng)價(jià)基本還屬于定性評(píng)價(jià)階段，缺乏體系化的定量評(píng)價(jià)手段。本文針對(duì)空情數(shù)據(jù)融合的定量評(píng)估問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)空情數(shù)據(jù)融合仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，通過(guò)構(gòu)建模擬仿真環(huán)境，仿真實(shí)戰(zhàn)環(huán)境下的地理環(huán)境、電磁環(huán)境和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程，采集各仿真節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，定量計(jì)算空情數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的融合的性能指標(biāo)。該系統(tǒng)為空情數(shù)據(jù)融合提供了性能評(píng)估驗(yàn)證環(huán)境，為空情數(shù)據(jù)融合功能性能的提升提供了改進(jìn)方向和依據(jù)，對(duì)提高空情信息融合評(píng)判方法的科學(xué)化水平具有重要意義。

2 系統(tǒng)原理

劇情制作產(chǎn)生模擬劇情并以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)用戶需求自動(dòng)或手動(dòng)選擇劇情文件;導(dǎo)調(diào)與監(jiān)控讀取劇情文件，依據(jù)劇情想定信息對(duì)雷達(dá)進(jìn)行陣地部署及雷達(dá)組網(wǎng)方式和通信信道配置，并將劇情仿真參數(shù)及控制信息發(fā)送給傳感器仿真;傳感器仿真接收到劇情制作信息后，能夠按照時(shí)間比例進(jìn)行情報(bào)信息仿真輸出;通信組網(wǎng)仿真軟件接收到傳感器仿真發(fā)送的雷達(dá)情報(bào)信息，建立相應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、設(shè)備、節(jié)點(diǎn)等模型，并根據(jù)組織應(yīng)用搭建相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景，將各個(gè)雷達(dá)模擬器發(fā)送的信息發(fā)送至空情融合接入軟件、綜合態(tài)勢(shì)顯示軟件及性能評(píng)估軟件;融合處理軟件接收到通信組網(wǎng)仿真軟件發(fā)送的各個(gè)雷達(dá)的原始點(diǎn)跡和原始航跡等信息，對(duì)不同雷達(dá)情報(bào)信息進(jìn)行融合處理，并將融合后的航跡信息發(fā)送至性能評(píng)估軟件進(jìn)行融合評(píng)估;性能評(píng)估軟件接收通信組網(wǎng)仿真軟件發(fā)送的雷達(dá)原始航跡信息、導(dǎo)調(diào)與監(jiān)控軟件發(fā)送的目標(biāo)真值信息、空情融合軟件發(fā)送的融合航跡信息，對(duì)融合處理過(guò)程進(jìn)行融合評(píng)估，并將評(píng)估結(jié)果以圖-表的形式進(jìn)行評(píng)估結(jié)果顯示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 劇情制作

劇情制作主要包括四個(gè)方面，雷達(dá)部署、雷達(dá)設(shè)置、環(huán)境設(shè)置和目標(biāo)設(shè)置。其中：

（1）雷達(dá)部署，能夠依據(jù)測(cè)試想定，對(duì)雷達(dá)進(jìn)行陣地部署，配置雷達(dá)組網(wǎng)方式和通信信道;

（2）雷達(dá)設(shè)置包括雷達(dá)型號(hào)、參數(shù)和位置設(shè)置，確定雷達(dá)模擬器的參數(shù)，用于目標(biāo)探測(cè)目標(biāo)計(jì)算;

（3）環(huán)境設(shè)置包括對(duì)地理環(huán)境和電磁環(huán)境的設(shè)置兩部分，地理環(huán)境采用數(shù)字地圖進(jìn)行計(jì)算，具備遮蔽計(jì)算能力，電磁環(huán)境包括有源無(wú)源干擾，具備干擾樣式、干擾參數(shù)設(shè)置能力;

（4）目標(biāo)設(shè)置主要設(shè)置目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)軌跡，并按時(shí)間關(guān)系對(duì)目標(biāo)每個(gè)時(shí)刻的具體位置進(jìn)行推演。

3.2 雷達(dá)模擬

雷達(dá)模擬依據(jù)劇情，模擬雷達(dá)探測(cè)過(guò)程，產(chǎn)生雷達(dá)探測(cè)點(diǎn)跡和航跡。為保證評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性，雷達(dá)模擬要求與實(shí)際雷達(dá)的探測(cè)特性和航跡數(shù)據(jù)分布特性一致。根據(jù)雷達(dá)參數(shù)計(jì)算波束與目標(biāo)的匹配關(guān)系，當(dāng)天線與目標(biāo)交會(huì)時(shí)，分別計(jì)算目標(biāo)、雜波、干擾和噪聲的能量，根據(jù)雷達(dá)威力模型（遮蔽、模式、參數(shù)、方向圖等）計(jì)算目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)概率，主要考慮的模型包括：

（1）天線（波束）交會(huì)計(jì)算模型，判斷目標(biāo)是否被天線掃描到;

（2）遮蔽計(jì)算模型，根據(jù)地理環(huán)境計(jì)算目標(biāo)是否被遮蔽;

（3）目標(biāo)能量計(jì)算模型，計(jì)算目標(biāo)到達(dá)天線的反射能量;

（4）雜波能量計(jì)算模型，計(jì)算雜波達(dá)到雷達(dá)天線的能量;

（5）噪聲能量計(jì)算模型，計(jì)算噪聲的能量;

（6）干擾能量計(jì)算模型，判斷干擾的有效性，計(jì)算干擾到達(dá)雷達(dá)天線頭的能量;

（7）信噪比計(jì)算模型，由目標(biāo)能量、雜波能量、噪聲能量和干擾能量，計(jì)算目標(biāo)的信雜噪比、信干比;

（8）發(fā)現(xiàn)概率計(jì)算模型，計(jì)算目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率，判斷雷達(dá)是否發(fā)現(xiàn)目標(biāo);

（9）分辨率計(jì)算模型，根據(jù)分辨率指標(biāo)判斷目標(biāo)是否輸出。

雷達(dá)模擬的運(yùn)行流程圖如圖2所示。

3.3 融合評(píng)估

融合評(píng)估主要是對(duì)融合航跡的評(píng)估，完成評(píng)估的指標(biāo)體系建立，評(píng)估指標(biāo)的計(jì)算方法確定，評(píng)估數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)記錄和導(dǎo)入、評(píng)估指標(biāo)體系計(jì)算，評(píng)估結(jié)果展示及評(píng)估報(bào)告自動(dòng)生成等功能。融合評(píng)估指標(biāo)體系包括系統(tǒng)評(píng)估和航跡質(zhì)量評(píng)估兩個(gè)方面。系統(tǒng)評(píng)估包括航跡漏情率、虛情率、識(shí)別率、處理時(shí)延、空情處理容量和空情處理強(qiáng)度等指標(biāo);航跡質(zhì)量包括航跡起始、航跡相關(guān)及航跡濾波三方面的內(nèi)容。

4 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原理進(jìn)行系統(tǒng)仿真，仿真結(jié)果如下圖所示，仿真結(jié)果和實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該試驗(yàn)驗(yàn)證仿真系統(tǒng)仿真原理和流程設(shè)計(jì)正確，可以用于對(duì)空情數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)仿真要素規(guī)劃，構(gòu)建防空網(wǎng)，根據(jù)規(guī)劃劇情產(chǎn)生仿真數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一套逼近實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的空情信息融合仿真驗(yàn)證系統(tǒng)，并建立了反映實(shí)戰(zhàn)需求的融合指標(biāo)體系。該系統(tǒng)為空情數(shù)據(jù)融合提供了性能評(píng)估驗(yàn)證環(huán)境，能夠通過(guò)編輯不同的劇情場(chǎng)景，對(duì)不同融合算法結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。

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