基于复合制导的数据融合抗干扰技术

马福民

(海军装备部,四川 成都　610100)



基于复合制导的数据融合抗干扰技术

马福民

(海军装备部,四川 成都610100)

摘要针对单一制导模式抗干扰能力弱的缺点,文中采用主动雷达/红外复合制导模式,运用数据融合技术,并对主动雷达/红外复合制导在典型干扰情况下的数据融合抗干扰性能进行了仿真。仿真结果表明,基于主动雷达/红外复合制导的数据融合技术,抗干扰性能明显优于红外成像或主动雷达任一单模制导技术,并可准确分辨假目标。

关键词数据融合;复合制导;红外诱饵;箔条质心

现代电子对抗技术、反辐射技术、伪装与隐身技术、光电与电子干扰技术的发展,以及作战环境的日益复杂化,使精确制导武器面临严峻挑战,要求其必须具备抗多种干扰能力、抗诱饵欺骗能力、对付多目标能力,并能进行高精度的截获和目标跟踪。

单模制导技术[1]由于采用单一频段或单一制导模式传感器,存在抗干扰能力弱,可靠性较低等固有缺陷。多模复合制导技术[2]正是为弥补单模制导技术的缺陷而提出的精确制导技术。雷达/红外双模制导将雷达和红外配合使用,成为相互独立又彼此互补的目标探测及跟踪手段,利用雷达探测的距离信息和红外传感器探测的高精度角度信息,可有效改善对目标的跟踪和识别能力[3-6]。对于雷达制导难以抵抗的电子干扰如距离拖引[7]、箔条质心干扰[8],红外制导能较好的抑制,相反对于红外制导影响较大的红外诱饵弹[9],雷达制导也能有效抵制。因此,基于主动雷达/红外复合制导的数据融合[10]技术将是一种较好的抗干扰措施。

1数据融合技术

对于主动雷达/红外成像复合制导而言,数据融合主要通过对雷达目标和红外目标的融合处理,提高导引头的抗干扰能力;提高对攻击目标选择的可信度;提高目标跟踪精度,输出更为准确的制导信息;同时,完成复合导引头的工作流程的控制。

数据融合主要由时空校准、航迹关联、决策兼顾特征融合和航迹融合4个模块组成:

(1)时空校准。由于雷达、红外数据率的不同以及安装位置、天线指向的差异,在对雷达和红外输送点迹信息进行处理之前须进行时空校准。若没有时空对准,首先时间上是无法进行关联与融合的,空间上由于探测坐标系的差异可能使相同目标的航迹也难以关联成功。时空对准后,所有的雷达航迹与红外航迹均在相同时空坐标下,可在相同的采样时刻进行后续处理;

(2)航迹关联。具体设计中,采用修正的k近邻域航迹关联算法(MK-NN算法)[11]。这一算法是最近邻算法的衍生算法,比最近邻算法适当放宽了关联条件、简化了算法,软件易于实现;

(3)决策兼顾特征融合。航迹关联不成功时,进行目标选择和判决处理。根据输入的目标置信度信息和目标特征信息对导引头工作模式进行决策,并根据决策结果,对雷达和红外分别发出相应的控制指令,使其进入对应的工作模式。如果只有一条成功关联航迹对时,则成功关联的航迹对即判为攻击目标;若有多条成功关联航迹对时,进行决策兼顾特征融合处理,根据融合结果判断是目标或干扰信号,决策出待攻击的目标;

(4)航迹融合。航迹融合存在两种方式:一种是局部航迹与局部航迹融合;另一种是局部航迹和系统航迹融合。具体实现中,当雷达与红外航迹均正常时采用局部航迹与局部航迹融合;若某一传感器受到干扰而无法给出正确航迹信息时,选择局部航迹和系统航迹的融合。

2抗干扰性能仿真

2.1抗红外诱饵干扰原理

红外诱饵干扰是典型的一类只对红外传感器产生影响的干扰手段。若红外传感器受到干扰,则会出现目标和干扰两条航迹,红外将会无法取舍,或保留干扰轨迹。再与雷达提供的航迹进行关联、识别后,可将红外诱饵弹的干扰效果降至最低。

设计中,先通过数据融合技术中的时空校准将雷达数据通过线性插值或外推对齐到红外数据点上。为不造成对高数据率红外信息的丢失,时空校准以红外数据为基准。时空对准后的数据便可送入数据融合中心进行航迹关联处理。

在航迹关联时,采用修正的k近邻航迹关联算法,判断两条航迹统计位置差是否在关联门限内,不满足关联准则则判两个传感器跟踪不同目标。由观测数据可知,此时红外传感器可能会探测到多条轨迹(目标+干扰),但雷达只存在一条待攻击目标轨迹,进行航迹关联后,可能存在3种情况:(1)雷达航迹仅与一条红外航迹关联,此时可直接进行下步处理,保留关联上的航迹对;(2)雷达航迹与多条红外航迹关联,则选择使位置差矢量范数最小的红外航迹与雷达航迹关联,进行下步融合处理;(3)若雷达航迹与任何一条红外航迹均不关联。此时,将所有航迹分别与之前的系统航迹进行关联,关联上者判断为目标轨迹。

2.2抗红外诱饵干扰仿真

仿真时红外烟雾干扰在目标附近以3 m/s的速度做慢速运动。图1所示为弹上的雷达、红外传感器分别对目标以及干扰假目标的观测结果。由于红外诱饵弹在升空后呈烟雾状,与目标具有相似的红外特征,但对雷达起不到任何干扰作用,所以在观测结果中,红外传感器存在目标与干扰假目标两个航迹信息,而雷达仅存在真正的目标航迹信息。

图1　观测数据

航迹关联的结果如图2所示,仿真图像中显示的只有一条关联成功的关联航迹对。红外诱饵弹的轨迹在航迹关联中找不到任何与之相关联的航迹已被剔除,所以复合制导通过数据融合处理后,在航迹关联这一步已成功实现抗干扰的效果。

图2　航迹关联

2.3抗箔条质心干扰原理

箔条干扰主要通过箔条感应出的交变电流产生二次辐射对雷达造成干扰,是舰船的最后一道防线。当其他干扰均未奏效时,在舰船周围200 m处发射两枚快速离舰散开的箔条弹,使末制导雷达跟踪箔条和舰船的能量中心。随着风对箔条的吹动以及舰船的运动,最终使能量中心偏向箔条弹而使末制导雷达跟踪上箔条假目标。此时复合导引头可充分利用红外传感器提供的图像信息以及红外航迹信息,将雷达与红外送入数据融合中心的航迹信息进行关联、识别,挑选出目标航迹,剔除虚假航迹,从而实现抗干扰。

2.4抗箔条质心干扰仿真

仿真时,假定目标舰船已在周围实施箔条干扰,图3是一组雷达观测数据。由于箔条与目标只有雷达相似的特征,但对红外起不到干扰作用,所以在观测数据中,雷达数据存在舰船目标与箔条假目标两个航迹信息,而红外数据仅存在真正的舰船目标航迹信息。

图3　观测数据

图4是在箔条干扰下,复合导引头数据融合中心在时空一致的情况下,航迹关联后的处理结果。从图中可看出,雷达数据包括舰船目标与箔条干扰两个航迹信息,而红外仅包括舰船目标的航迹,所以通过雷达、红外复合制导的数据融合处理后,导引头可有效剔除干扰目标,成功实现抗干扰。

图4　航迹关联后数据

当上述抗干扰措施均不能凑效,或存在某种对雷达、红外均起到影响的干扰时,可进一步利用数据融合目标识别技术进行最终抗干扰处理。另外无法判断干扰时,还可采用航迹外推手段进行航迹维持,留待下次观测数据继续判断,外推达极限时可启用搜索指令二次在预定区域内进行搜索,重新锁定目标。

3结束语

文中对主动雷达/红外复合制导的数据融合关键技术做了论述,对红外诱饵、箔条质心两种典型干扰机理和相应的抗干扰原理进行了理论分析,运用Matlab对主动雷达/红外复合制导在这两种干扰情况下的数据融合抗干扰性能进行了仿真。仿真结果与理论相符,表明基于主动雷达/红外复合制导的数据融合技术的抗干扰性优于单模制导技术。

参考文献

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Anti-Jamming Technology for Data Fusion Based on Composite Guidance

MA Fumin

(Armament Department,Navy,PLA,Chengdu 610100,China)

Abstractthe active radar-infrared imaging composite guidance mode is put forward to address the poor anti-interference performance of the single guided mode.In the typical anti-jamming,the modeling and simulation of anti-jamming capability of data fusion is performed on the composite guidance.The simulation results show that the anti-jamming capability of data fusion based on the composite guidance is better than that of infrared imaging or active radar,and distinguishes fake target exactly.

Keywordsdata fusion;composite guidance;infrared decoy projectile;centroid decoy

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.05.016

收稿日期:2016-01-08

作者简介:马福民(1977—),男,硕士,高级工程师。研究方向:导弹及兵器装备监造。

中图分类号TN974

文献标识码A

文章编号1007-7820(2016)05-055-03