防空兵空情融合系统研究

王 智

(中国人民解放军73908部队，江苏 南京210037)

防空兵空情融合系统研究

王 智

(中国人民解放军73908部队，江苏 南京210037)

介绍信息融合技术的发展历程，构建防空兵空情融合系统的结构模型，从空情融合流程、系统功能等方面对系统进行研究分析，讨论了影响未来系统建设的关键技术与重点领域。

防空兵；信息融合；系统研究

0 引言

信息融合是对各个传感器所检测的目标数据和其它信息源传递来的信息做出较为整体、全面的相关、估计和组合，充分利用来自不同传感器或信息源数据(信息)的冗余和互补性，来获得关于威胁目标体系的精确状态矢量和识别特征，从而较大幅度地提高系统的可靠性和在恶劣环境下的生存能力。信息融合之前有数据融合的提法，但随着融合技术的发展，系统需要融合的不仅仅是数据，还要对知识等进行融合推理，因此流行的名称为信息融合[1]。本文将这两种说法等同，不加以区分。

1 信息融合技术发展历程

信息融合作为空情融合中最核心的技术，美、英等国对其研究起步较早。早在1973年，美国研究机构就在国防部的资助下，开展了声纳信号理解系统的研究。从那以后，信息融合技术便迅速发展起来，不仅在各种C3I系统中尽可能采用多个传感器来收集信息，而且在工业控制、机器人、空中交通管制、海洋检测、综合导航和管理等领域也朝着多传感器的方向发展。1988年，美国国防部把信息融合技术列为重点研究开发的20项关键技术之一，且列为最优先发展的A类。在学术方面，美国三军每年召开一次信息融合学术会议。为了进行广泛的国际交流，1998年成立了国际信息融合学会(ISIF)，总部设在美国，每年举行一次信息融合国际学术大会。从20世纪80年代以来，美国三军总部对应用信息融合的技术和战略监视系统一直给予高度重视。美国国防部从海湾战争中实际体会了信息融合技术的巨大潜力。因此，在海湾战争结束后，更加重视信息自动综合处理技术的研究，在C3I中增加了计算机，建立以信息融合中心为核心的C4I。到1999年为止的财政年度中，每年用于信息融合技术研究的费用达一亿美元之多。巨大的人力、物力和财力的投入，已在1999年科索沃战争中发挥了重大的作用。20世纪90年代，是以构建综合C4ISR系统为标志的体系发展阶段。21世纪初，是以实现基于GIG的陆海空天一体化侦察监视、决策、杀伤、评估为标志的技术创新阶段，美军制定了C4ISR系统发展战略，实施以网络中心化为核心内容的“军事转型”计划和GIG建设。到目前为止，美、英等西方国家已研制出上百种军用信息融合系统，比较典型的有：战术指挥控制(TCAC)，全源分析系统(ASAS)，自动多传感器部队识别系统(AMSVI)，炮兵情报数据融合(AIDD)，海面监视信息融合专家系统(OSIF)，舰艇编队多传感器信息融合系统(IKBS)等[2]。从发展方向看，美军21世纪初 C4ISR系统的总体发展构想是以《2010联合构想》、《2020联合构想》为指南，以获取基于信息优势和空间优势的网络中心化优势为目的，积极推进以C4ISR系统建设为核心的军事转型进程[2]。2014年美国提出的“国防创新倡议”重点提到了机器人、自主系统、微型化、大数据以及3D打印等领域，该计划旨在保持并扩大美国军事优势。

中国关于信息融合技术的研究则起步于20世纪80年代初的多目标跟踪技术研究，之后逐渐出现有关多传感器信息融合技术研究的报道，并有几部信息融合领域的学术专著和译著出版。到20世纪90年代中期，信息融合技术已发展成为多方共同关注的关键技术，许多学者致力于机动目标跟踪、分布信息融合、多传感器综合跟踪与定位、分布检测融合、目标识别与决策信息融合、态势评估与威胁估计等领域的理论及应用研究[3]。

2 防空兵空情融合系统

现代战争条件下，防空兵所处的作战环境是空袭兵器大纵深、多方向、多批次的饱和攻击，指挥员要及时掌握瞬息万变的战场态势，以便做出合理的指挥决策，进行有效的武器攻击，就必须对各种有源和无源探测器在内的各种传感器进行信息融合，得出全面、精确的态势报告。为了获得及时、全面、准确的空情信息，要配置大量种类各异、功能互补的传感器，融合中心应能对来自多源传感器的信息进行融合处理，从而提供比单一传感器更加准确的空情信息，实现各级指挥所信息共享。近年来的几次局部战争表明，没有现代化的指挥控制系统，就不能实现对情报的快速汇集，也不能快速部署、快速反应和有效打击，也就不能赢得现代战争的主动。

2.1 系统结构模型

防空兵空情融合系统是一套比较复杂的军用信息系统，它的目标是快速全面地收集情报，及时正确地传递、使用信息，将指挥、控制、情报、通信等连接成一个有机整体，它与空军远方空情、友邻部队空情等密切协同和配合，组成一体化的防空体系，以有效抗击现代空中威胁。它具有使命重大、涉及面广、可靠性高、实时性强的特点，对来自多个传感器或其它渠道的信息进行多级别、多方面、多层次融合处理，以得到更为准确、可信的信息。

防空兵空情融合系统由一个总指挥所、若干个分指挥所和若干个信息源组成。空情融合系统的物理组成(不包括通信及其它硬件设备) 如图1所示[3]。

图1 防空兵信息融合系统的物理组成(仅处理部分)

指挥所由情报方舱、指挥方舱和通信方舱组成，如图2所示[3]。

图2 系统基本组成图

其中情报方舱主要完成情报的收集、数据融合处理和数据的分发，情报方舱内的数据融合计算机通过局域网互连，并通过有线或无线通信设备与所有的传感器实现互连。

2.2 空情融合处理流程

空情融合一般从接收数据开始，包括数据预处理、时空校准、航迹融合、航迹合成和航迹输出等阶段[4]。空情融合的流程图如图3所示。

图3 空情融合流程图

其中数据预处理是对信息源的数据进行格式转换，对观察哨的信息进行模糊化，将统一格式的数据送入下一个阶段进行处理。时空对准是对数据进行时间搬移和时间、空间对准，它是数据进行融合的基础。航迹融合与航迹合成是对各信息源形成的航迹进行融合，得出统一的目标航迹信息。

2.3 系统功能

空情融合系统的功能要求是将情报系统中不同传感器或信息源的空情信息进行分析、辨别、去伪存真、去重复等处理后，重新编批，形成全局空情。空情融合系统作为防空作战指挥系统中重要的一部分，它的主要功能如下[4]：

1)能实现警戒雷达、火控雷达等数据的自动分类编批功能，剔除虚假目标信息，从而减少信息传输量，提高空情信息的处理速度；

2)能接收来自各哨所(人工观察哨、变倍指挥镜、哨所雷达)的空情信息,对空情数据进行空间坐标转换，对哨所雷达信息进行相关处理，并根据各哨所站的观察范围对空情进行统一编批；

3)能接收外部情报源(包括远方、上级、友邻、人防)的空情信息，对各类空情数据进行时空转换、航迹关联、状态估计，形成融合空情；

4)能将所有的空情综合成全局空情，并统一编批。能识别出目标属性，为指挥决策提供依据。

据此，构建防空兵空情融合系统功能模型如图4所示。

图4 空情融合系统功能模型

空情融合有如下几方面的意义：

1)提高目标的探测概率；

2)增强情报探测系统的“反隐身”能力；

3)提高空情的准确性(改善定位精度)和扩大监视空域范围(减少盲区范围)；

4)增强系统信息的冗余度(时域、空域、频域)；

5)实现各级指挥所情报共享；

6)增强系统的抗干扰、抗毁能力和系统反突防能力。

3 关键技术及发展建设重点[5-15]

1)人工智能和神经网络技术

人工智能和神经网络技术应用包括情报收集、分析、处理和综合；目标识别和辐射源定位的实时数据处理，威胁和告警，干扰功率管理，系统对抗，传感器配置和管理等。其主要表现在，一是实时处理方面，雷达、声纳信号处理、智能数据收集与融合等数据流实时处理；二是跟踪与识别方面，自动目标跟踪与识别、语音识别、图像处理；三是制导与控制方面，分配制导、高速运动控制、人机交互等战场管理与控制。此外，定向武器、数字化接收和干扰技术、多波束/相控阵技术以及对抗仿真技术等都是需加以重视和发展的关键技术。

2)加强天基信息系统建设

天基信息系统提供天基信息资源的指挥控制与协同，信息获取、处理、分发，作战效能评估，资源综合管理等保障，是综合电子信息系统在体系对抗中获取全球信息态势、夺取制信息权的空间基础设施，是保障国家全球利益的重要信息对抗系统。首先天基通信系统以转型通信卫星星座为主干，构造宽带、大容量、安全的空间通信体系，满足军队日益增长的对大量信息传递的需求，可提供覆盖面广的安全通信，传输话音、数据、图像和视频会议信息，为运动中的作战人员提供网络化、多用户和点对点窄带网络链接服务。其次天基侦察监视系统是战略情报侦察的重要手段，卫星与各种预警机、有人和无人侦察机配合，构成地面和空中目标全天候、立体的监视侦察体系，并通过“地-空-星”链路等传输手段，将星上数据实时地传送给战区各级指挥官乃至单兵，形成强大态势感知能力，保障各种作战行动实施，充分发挥军用卫星在现代战争中战斗力倍增作用。

3)加强数据链建设

数据链是信息系统与主战武器无缝链接的重要纽带，是实现信息系统与武器系统一体化的重要手段和有效途径，已成为提高武器系统信息化水平和整体作战能力的关键。数据链可用于形成传感器-指控-射手(武器)的一体化，还可广泛应用于指挥所和不同作战平台的信息分发、指挥控制和武器协同等方面。作为“现代战争作战指挥的神经网络”，数据链在各军兵种的不同作战平台间，建立紧密的战术链接关系，变革传统的“烟囱”式信息传输模式为“扁平”化传输，使各军兵种的各级指战员能在第一时间共享各种战术信息。数据链的应用将使信息传递进程加快，战场控制范围加大，战术协同能力增强，将是新一代综合电子信息系统基础性设施，也是增强综合电子信息系统整体应对多样性任务能力的重要手段。

4 结束语

在现代高技术条件下的防空作战中，以空袭和反空袭为主导的战争手段已成为局部战争的主要作战样式。为了掌握反空袭作战中的制信息权和在战争中争取主动，必须建立适合国情的新体制防空体系。本文对防空兵空情融合系统中的多传感器数据融合问题做了理论和应用探讨，提供了一些具体问题的研究思路，有利于推动空情融合系统的更进一步的研究。■

[1] Klein LA.多传感器数据融合理论及应用[M].戴亚平,译.北京:北京理工大学出版社,2004.

[2] 信息化作战研究[M].北京：军事科学出版社,2009.

[3] 刘同明.数据融合技术及其应用[M]. 北京:国防工业出版社,2000.

[4] 刘曙阳.C3I系统开发技术[M].北京:国防工业出版社,1997.

[5] 李洪志.信息融合技术[M]. 北京:国防工业出版社,1996.

[6] 杨靖宇.战场数据融合技术[M].北京:兵器工业出版社,1994.

[7] 倪忠仁.地面防空作战模拟[M].北京:解放军出版社,2001.

[8] 姜启源.数学模型[M].北京:高等教育出版社,1993.

[9] 李洪志.信息融合技术[M].北京:国防工业出版社,1996.

[10]邓勇,施文康,赵春江.一种模糊传感器数据融合的方法[J].上海交通大学学报,2003,37(1):1-4.

[11]韩雁飞.目标识别的D-S融合算法[J].现代防御技术,2001,29(4):46-50.

[12]贺席兵,敬忠良,王安.多传感器数据融合中的数据配准研究[J].航空电子技术,2001,32(2):24-29.

[13]何友.分布式多传感器系统航迹关联算法评述[J].系统工程与电子技术,1999,21(10):15-18.

[14]高效，田科钰，钟恢扶.多雷达数据配准的工程实现[J]. 现代雷达,2003,26(3):33-35.

[15]何兵,毛士艺,张有为,等.不同类型传感器的分层融合算法研究[J].电子学报,2000,28(6):4-7.

Research on aerial defense force information fusion system

Wang Zhi

(Unit 73908 of PLA,Nanjing 210037,Jiangsu,China)

The development course of information fusion technology is expatiated, the contents of aerial defense information fusion system is constructed, includes the basic composing, the framework, the model of function and the flow of information processing. At last the key techniques and fields which influence the future development of the system are discussed。

aerial defense force; information fusion; system research

2014-12-01

王智(1981-)，男，工程师，硕士研究生，主要从事雷达装备维修与研究。

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