多傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究-第1篇

1、 多傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究 丁源Summary：多傳感器組網(wǎng)探測技術(shù)是現(xiàn)代艦艇中一個高度復雜而重要的問題。復雜多元的戰(zhàn)場信息環(huán)境和聯(lián)合指揮控制一體化要求艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)能夠很好地利用多傳感器技術(shù)。雷達、聲納和艦外數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)探測和作戰(zhàn)融合技術(shù)在分布式和并行式的的作戰(zhàn)系統(tǒng)中得到了越來越多的應(yīng)用。在分析作戰(zhàn)系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)的主要內(nèi)容和需求的基礎(chǔ)上，對艦船多傳感器組網(wǎng)技術(shù)的組成和信息實現(xiàn)處理進行了比較研究，分析了艦船多傳感器數(shù)據(jù)處理的方法，為軍種間協(xié)同作戰(zhàn)數(shù)據(jù)處理的解決提供了新的研究思路?！綤ey】組網(wǎng) 多傳感器 數(shù)據(jù)融合作戰(zhàn)系統(tǒng)日益復雜化和多節(jié)點化，使得作戰(zhàn)系統(tǒng)指控協(xié)同成為世界各國研究的熱點問題。未來作戰(zhàn)系統(tǒng)的

2、信息化和體系化要求分布廣泛地海域、空域等作戰(zhàn)單元聯(lián)合起來，充分利用雷達探測、聲納探測等傳感器技術(shù)，以信息的獲取、融合處理、傳輸和共享為基礎(chǔ)，使多種武器平臺、多個傳感器與指控節(jié)點有機結(jié)合起來。水而艦艇就是當今人類社會所建造的武器裝備密集度最高的作戰(zhàn)平臺。針對綜合控制體制的現(xiàn)代水而艦艇，其高效和實時作戰(zhàn)能力除了需要分布式的雷達和聲納等實時數(shù)據(jù)外，還需要在指揮與控制系統(tǒng)下的并行數(shù)據(jù)處理能力。通過一體化作戰(zhàn)，廣泛分布的各個艦船通過使用多傳感器數(shù)據(jù)聯(lián)合武器進行協(xié)同作戰(zhàn)，使得參戰(zhàn)部隊能夠在各種層次上充分了解目標態(tài)勢和敵我情況，共享傳感器的數(shù)據(jù)，從而可以擴大作戰(zhàn)空問，提高部隊的實際作戰(zhàn)能力和探測能力。本文在

3、對這些作戰(zhàn)要素分析的基礎(chǔ)之上，對作戰(zhàn)系統(tǒng)軍種問協(xié)同提供了一定的理論啟示和參考價值。1 作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求和技術(shù)分析現(xiàn)代戰(zhàn)爭要求對作戰(zhàn)空問的感知和探測，必然大大要求提高觀測、定位的能力。這不僅需要不斷提高單個傳感器節(jié)點的信息獲取能力，單部雷達或單個聲納探測器已經(jīng)很難與電子對抗系統(tǒng)全而抗衡，如今的美軍早已經(jīng)發(fā)展到體系作戰(zhàn)模式，都是多傳感器進行數(shù)據(jù)采集與融合，更為重要的是將多個傳感器的信息進行共享以極大提高戰(zhàn)場信息感知和探測能力。實時性和高效性要求這些多傳感器數(shù)據(jù)進行融合，就是把多個相同或不同類型的傳感器所提供的局部觀察量加以綜合，例如雷達、聲納探測設(shè)備等，消除數(shù)據(jù)之問的冗余和矛盾，利用數(shù)據(jù)互補，形成

4、對環(huán)境的相對完整一致的感知描述，從而提高指揮系統(tǒng)決策的快速性和正確性。1.1 作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求早期的艦艇都是單一傳感器探測數(shù)據(jù)，若誤差偏差較大，對戰(zhàn)場態(tài)勢不能精準定位，極大地影響作戰(zhàn)能力。作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)該滿足以下幾個條件：1.1.1 情報信息源的多元化由于單一情報源對目標探測范圍有限和精準度不高，情報信息應(yīng)該包含多個平臺傳感器收集的信息，達到早期預警。1.1.2 信息識別和數(shù)據(jù)識別的多元化單一的依靠敵我識別來識別目標屬性或根據(jù)有限的偵察手段來確定目標的類型的局限性，要求信息識別和數(shù)據(jù)識別多元化、常態(tài)化。1.2 多傳感器組網(wǎng)探測技術(shù)多傳感器組網(wǎng)探測技術(shù)就是指將多個或多種不同體制、不同頻段和不同工

5、作模式的雷達、聲納、電子偵察設(shè)備或無線通信設(shè)備等鏈接成網(wǎng)，由指揮控制系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)配，形成一個整體。在網(wǎng)的各傳感器將收集到的情報信息按照統(tǒng)一時空坐標發(fā)送給指揮控制中心，并根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢情況適時地調(diào)整各自的狀態(tài)，完成作戰(zhàn)范圍內(nèi)的探測、定位跟蹤和協(xié)同打擊任務(wù)。多傳感器組網(wǎng)探測增強了單個傳感器系統(tǒng)的生存能力、擴展了空問覆蓋范圍、增加了系統(tǒng)的探測能力和檢測概率，增加了數(shù)據(jù)信息來源的可信度，減少了目標或事件的不確定性和不穩(wěn)定性（若某一傳感器故障，可以通過其他傳感器協(xié)同進行數(shù)據(jù)探測）。圖1是多傳感器組網(wǎng)探測的數(shù)據(jù)原理圖。2 分布式和并行式條件下的數(shù)據(jù)融合多傳感器探測到的目標存在類別、屬性和特性的區(qū)別，數(shù)據(jù)融合也

6、稱多傳感器信息融合技術(shù)就是要將這些不同類、不同平臺傳感器等獲取的信息進行多級別、多方位的綜合分析與比較，通過與其他數(shù)據(jù)進行比較處理，數(shù)據(jù)融合技術(shù)能更高效、精準地提供戰(zhàn)場態(tài)勢。2.1分布式信息源傳感器存在種類、波段、工作方式等不同，常見的信息源包含以下幾類：（1）雷達是利用電磁波探測目標的電子設(shè)備，它可以發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息，所以雷達可以精確地測定目標的徑向距離。（2）紅外探測是一種無線通信方式，通過接收目標表面的輻射場獲取目標的信息。（3）聲納探測是利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉(zhuǎn)換和信息處理，完成

7、水下探測和通訊任務(wù)的電子設(shè)備。它有主動式和被動式兩種類型，主動聲納通過發(fā)送聲波和接收回波信息來判別目標的航速和航向等信息，被動聲納通過接收回波信息來探測目標的方位和徑向速度等信息。（4）其他電子偵察設(shè)備通過使用專門的電子技術(shù)設(shè)備進行偵察。2.2 并行式數(shù)據(jù)集成和融合處理指揮控制系統(tǒng)通過接收分布式的信息數(shù)據(jù)，由于多個傳感器可以獲得多個目標特性、類別等，為了在對目標進行探測和識別時具有更精準的結(jié)果，利用融合技術(shù)實現(xiàn)了例如動態(tài)目標的精確定位和形態(tài)、狀態(tài)等估計。多傳感器的數(shù)據(jù)集成和融合處理方式如下：2.2.1 時空坐標統(tǒng)一數(shù)據(jù)融合必須要保證時間對準和空間坐標的統(tǒng)一，即將同一目標或同一區(qū)域內(nèi)的目標所關(guān)聯(lián)

8、的傳感器同步到同一基準時間，保證分布式數(shù)據(jù)處理的精準性；而空間坐標統(tǒng)一主要針對指揮控制系統(tǒng)接收多數(shù)據(jù)源的數(shù)學建模和轉(zhuǎn)換上，利用相對坐標系或大地坐標系來解算目標或探測區(qū)域的坐標信息，保證態(tài)勢空間的一致性和一體化。2.2.2 多傳感器數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)管理用于將多個傳感器統(tǒng)一在一個共同的時間和空間參考系，把同一類別、同一層次的傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成同一種表達形式進行數(shù)據(jù)配準、標校處理，然后將不同傳感器對相同目標的探測信息進行關(guān)聯(lián)。2.2.3 數(shù)據(jù)相關(guān)融合處理數(shù)據(jù)相關(guān)融合處理包括分布式信息源的點跡相關(guān)和指揮控制系統(tǒng)的航跡相關(guān)，各傳感器間存在精度差異，不同傳感器對不同區(qū)域、不同屬性類別的目標感知度不同，應(yīng)依據(jù)優(yōu)先級

9、別逐一進行數(shù)據(jù)處理。3 結(jié)束語分布式協(xié)同探測和并行式的融合數(shù)據(jù)處理是實現(xiàn)跨平臺的重要技術(shù)基礎(chǔ)，在這個基礎(chǔ)上，實現(xiàn)跨平臺的傳感器探測和武器協(xié)同指揮與控制，通過戰(zhàn)場態(tài)勢管理和通信技術(shù)，形成各級指揮中心統(tǒng)一與一致的戰(zhàn)場綜合態(tài)勢，促進戰(zhàn)場態(tài)勢的探測能力和作戰(zhàn)能力。Reference1梁軍，石劍琛.網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)系統(tǒng)一指揮控制中樞的革命J.中國艦船研究，2007 （02）.2徐敬，楊紹清，許林周，多武器協(xié)同的復雜性分析與Agent方法J，火力與指揮控制，2007 （07）.3陳嫣，何佳洲，多平臺協(xié)同防空作戰(zhàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究J.艦船電子工程，2006 （03）.4何保林，多雷達航跡關(guān)聯(lián)與融合技術(shù)研究D.北京：北京工業(yè)大學.2010.5 Saurabh Mit tal， Margery J.Doyle， Eric Wa tz. Detect ing Intel