舰载单平台雷达协同海面低小慢目标探测研究*

2016-03-15刘艳平王东阳贾金伟

舰船电子工程 2016年2期

关键词：联合检测

刘艳平　王东阳　贾金伟

(91404部队92分队　秦皇岛　066001)

舰载单平台雷达协同海面低小慢目标探测研究*

刘艳平王东阳贾金伟

(91404部队92分队秦皇岛066001)

摘要通过对任务和资源管理,采用以信号级和点迹信息的联合处理技术,构建平台内多雷达的协同系统,实现舰载雷达设备探测资源和探测信息的综合利用,从而提高在复杂干扰环境下对海面低小慢目标的探测威力和稳定跟踪能力以及系统反应速度。

关键词协同探测; 联合检测; TBD; 海杂波去相关

Shipboard Single Radar Collaborative Detection on the Surface of the Lower Little Slow Target

LIU YanpingWANG DongyangJIA Jinwei

(Unit 92, No. 91404 Troops of PLA, Qinhuangdao066001)

AbstractThe joint processing technology which has used the signal level and the trace information builds the collaborative system of a number of radar in the platform. It can manage the tasks and resources. The collaborative system realizes the comprehensive utilization of the shipboard radar resources detecting and information detecting. The detection power and stable tracking capabilities of the lower little slow target in the complex interference environment can improve the reaction speed of the collaborative system.

Key Wordscollaborative detection, joint detection, TBD, sea clutter to related

Class NumberTN951

1引言

为了充分利用雷达资源,增强雷达系统的协同能力和可靠性,通过对任务和资源进行管理,以信号级和点迹信息的联合处理技术,构建平台内多雷达的协同系统。对海协同探测系统主要用于海面目标搜索、发现、识别与跟踪,采用必要技术实现单平台雷达之间的信息共享,有效克服某些型号雷达缺陷。

系统技术的关键是如何使不同平台之间信息的实时(或近实时)交互处理,为此必须研究系统的结构、传感器资源管理技术、信息融合技术、网络技术、数据分发技术、计算机技术等组网技术[1]。国内外专家学者已针对某些型号、某些技术,全部或部分地研究,为雷达间的协同探测技术做了良好的铺垫。

2总体方案

2.1A型、B型、C型雷达对海协同

指控下达协同指令,B型和C型雷达视频发送到A型雷达的单舰协同探测信息处理单元,进行相关性判决保留慢速目标,并进行检测跟踪处理,将处理结果发送给各雷达,各雷达按需使用处理后的点航迹。对海面小慢目标,进行联合监测处理,可以有效提高信噪比,其得益为积累的N0.5倍。按N=14计算信噪比可提高1.5dB,信检测概率大约提高10%。

2.2A型雷达引导B型雷达协同

针对地空目标A型雷达发现距离大于B型雷达发现距离。指控下达协同指令,A型雷达将10公里到50公里内的对空目标点航迹发送到B型雷达进行引导,B型雷达根据引导数据进行检测跟踪,提高B型雷达的发现距离。利用A型雷达的数据对B型雷达进行引导探测,通过仿真和估算可将发现距离提高15%左右。

2.3A型、B型雷达联合处理

指控下达协同指令,B型雷达将点航迹发送到A型雷达的单舰协同探测信息处理单元进行点航迹融合。A型雷达以融合后的点航迹为准,但保留新增的点航迹参与关联处理。B型雷达对融合后的点航迹与本雷达产生的点航迹进行比较判别,保留新增的点航迹参与关联处理,非新增点航迹的以本雷达生成的点航迹为准。在两部雷达转速相同的情况下,在两部雷达威力重叠的范围内,目标跟踪数据率提高一倍,可提高对机动目标的跟踪能力。

2.4A型和B型雷达协同抗干扰[2]

雷达在受到地方压制式干扰或欺骗干扰时,A型雷达和B型雷达上报受干扰情况,指控下达协同指令。如果A型雷达受到干扰,B型雷达将点航迹发送到A型雷达的单舰协同探测信息处理单元进行相关判决和虚假目标抑制。如果B型雷达受到干扰,B型雷达将点航迹发送到A型雷达的单舰协同探测信息处理单元进行相关判决,将判决结果发送到B型雷达,B型雷达进行虚假目标抑制。

2.5A型、B型、C型和导航雷达协同联合任务保障

当B型雷达出现故障时,指控下达协同指令,A型雷达将50公里以内的点航迹信息发送至B型雷达,进行近防任务保障。

当导航雷达出现故障时,指控下达协同指令,A型、B型和C型雷达将对海通道视频信息发送到导航雷达,导航雷达进行检测跟踪处理和显示,实现导航任务联合保障。

当B型雷达故障时A型雷达进行近防任务联合保障,采用并联模型计算任务可靠性,可靠性提升约15%。

当导航雷达故障时,A型、B型和C型雷达进行导航任务联合保障,采用并联模型计算任务可靠性,可靠性提升约20%。

3协同海面低小慢目标探测

3.1协同流程

控制本平台雷达协同对海探测,在各雷达关注区域内进行主动信号级共享,联合监测、TMD技术和海杂波去相关处理,提高对视距内和超视距目标探测能力[3]。

指控系统发送协同探测命令或某设备向单平台协同探测处理设备提出协同探测请求,并提出协同的相应参数;单平台协同探测处理设备收集各雷达设备的工作状态信息,进行任务规划,形成协同方案,并把方案上报指控系统;指控系统根据当前的任务执行情况和设备工作状态,协同方案进行评估,若评估结论为方案不通过,则通知单平台协同探测处理设备对协同方案进行重新规划组织;若方案可行,单平台协同探测处理设备向本平台各探测设备下发协同探测命令以及协同工作参数;各设备按协同命令进行协同探测,把探测回波信息发往单平台协同探测处理设备,进行联合监测处理,并将处理结构输出。如果任务完成,则发送协同结束命令请求。

图1　协同海面低小慢目标探测流程图

3.2技术途径

3.2.1联合检测

经过配准后的视频,再根据两部雷达天线同步方案进行积累。可以联合恒虚警方法[4]进行检测和跟踪,也可以使用TBD方法对目标进行跟踪。

3.2.2TBD技术

通过对弱小目标连续出现的信号进行逐帧相关累积来估计目标的可能轨迹,然后对估计的可能轨迹进行检测判决,这就是监测前跟踪技术的基本思想。TBD技术在单帧数据处理后并不立即宣布检测结果,而是将多帧数据与假设的目标路径轨迹点逐帧进行几乎没有信息损失的关联处理,经过数次扫描积累处理之后,根据一定的判断准则同时宣布检测结果和产生的目标航迹,这就使目标点迹检测与航迹跟踪融为一体,其原理如图2所示。

图2　TBD原理图

基于动态规划的TBD算法[5](DP-TBD)研究得比较成熟,也比较充分。

DP-TBD算法是通过寻找最优轨迹来判断目标的存在,最直观的轨迹路径搜索方法就是穷举法。该方法先找出第1帧到第k帧各点迹可能产生的所有轨迹路径,计算各可能路径所包含点迹的价值函数(称为值函数),作为可能路径的质量指标,再与门限VT比较,将值函数超过门限的路径找出来,宣布检测结果。为减少运算量,可通过具有多阶段决策优化能力的动态规划思想来实现。基本思想是将原过程分解为符合马尔科夫状态转移[6]过程的多个子阶段,通过寻找逐阶段递增的最优轨迹,达到全过程轨迹最优。

3.2.3海杂波去相关

海杂波具有强的时间和空间相关性,在海杂波的去相关时间内,海杂波是相关的[7]。海杂波的时间相关性又称为脉冲间相关性,是指雷达波束照射在指定距离分辨单元内,海杂波在时间上表现出的关联特性,它反映的是海杂波起伏变化快慢的特性。在一定时间内,海杂波是相关的,但随着时间的推移,海杂波的相关性逐渐减弱,直至非相关,到非相关的过程所需要的时间,称之为海杂波去相关时间。

X波段海杂波去相关时间计算公式为

式中变量d代表去相关程度。比如,50%去相关,即d=0.5,计算可得去相关时间为Tc=7.6ms;若70%去相关,则为10.0ms;若90%去相关,则为13.8ms。

对于一个中等分辨率的X波段雷达,当它以低掠射角观测海面时,海杂波的去相关时间大约为10ms;一般认为海杂波去相关时间与多普勒带宽成反比,与波长成正比,那么C波段去相关时间大约17ms,S波段去相关时间大约33ms,L波段去相关时间大约为66ms(以波段的中心频率计算)。