地面装备目标特征测评方法研究现状及展望

安富涛，王 森

(1.陆军重庆军代局驻重庆地区军代室，重庆 400060; 2.中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039)



【装备理论与装备技术】

地面装备目标特征测评方法研究现状及展望

安富涛1，王 森2

(1.陆军重庆军代局驻重庆地区军代室，重庆 400060; 2.中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039)

针对地面装备作战任务所面临的局部战争冲突、军事对抗竞赛、作战空间的变化等多方面影响，分析了地面装备面临的探测、识别与打击威胁环境以及目标特征信号测试与隐身效能评估技术的发展需求，从测试能力、数据融合技术等方面介绍了国内外目标特征测试方法研究现状，对比与国外的差距，结合地面装备隐身技术的发展和目标特征实战化应用需求，展望了地面装备多源目标特征测试与隐身效能评估技术发展及应用方向。

地面装备；目标特征；隐身；效能评估

地面装备担负着侦察、突击、障碍清除、占领等多种作战任务。面对日趋活跃的边界、岛礁、资源等局部战争冲突和日益激烈的军事对抗竞赛及作战空间日益立体化、全方位、联合化，急需准确获取敌装备目标特征，以赢得战场先机，对敌形成战略威慑；急需开展地面装备目标特征测试与评价技术研究，促进装备在打击与防护的“矛”与“盾”较量中相互制约、共同发展，支撑我国四代为骨干、三代为主体的现代化武器装备体系，形成以信息化为主导的机械化、信息化复合式发展能力[1]。

1 地面装备隐身技术发展对目标特征测评技术需求

1.1 地面装备面临的多源目标特征威胁

地面装备在信息化战争中，将面临以卫星、无人侦察机、直升机、战场侦察雷达为主的全天候、全天时的侦查威胁环境；面临雷达、红外、可见光、激光等多种探测器的多频谱、全方位、立体化、多模式侦察、跟踪定位与识别的探测威胁环境；面临反坦克导弹、精确制导炸弹及末敏弹等精确导引武器的制导打击威胁环境。

随着光电探测与制导技术的不断发展，其作用频段不断扩大、精度日益提高(如美雷达成像分辨率优于1 m，红外温度分辨率优于0.1℃，光学成像分辨率达0.1 m，足以分辨坦克等装甲目标)，装甲装备面临的战场威胁频谱分布可归纳为以下几方面：

1.06 μm和10.6 μm激光波段，用于激光指示器跟踪探测；0.3～1.3 μm可见光近红外波段，适于照相和扫描侦察，用于侦察和制导；1.4～2.5 μm超光谱近红外波段，目标同时被成像和光谱图识别，用于伪装假目标识别；3～5 μm，中红外波段，用于目标动态下的热红外成像；8～14 μm，远红外波段，用于目标全天候跟踪成像；8～40 GHz毫米厘米微波波段，用于雷达探测和制导[2-4]。

现代战场上装备被发现往往意味着被摧毁，应用隐身技术可大幅抑制装备的信号特征，提高信息反获取能力，从而提高装备和人员在战场上的生存能力。美军认为，采用各种隐身技术后，能将地面军事车辆的生存性提高80%以上，应用隐身技术已经成为扭转战局和决定战争胜负的重要因素[5]。在美军重返亚太战略的军事部署对我国军事威慑和遏制的背景下，周边国家和地区的先进侦察系统、精确打击系统都对我军装备构成了不可忽视的威胁。

1.2 多源目标特征测试与评价技术的明确需求

以“隐蔽战争企图、提高装备战场生存力”的隐身技术在装备上发挥了重要的防护作用。在信息化作战条件下，实施有效的目标特征管理与控制成为武器装备的主要发展方向和重要战技考核指标。随着隐身技术快速发展和广泛应用，新一代主战坦克、装甲侦察车等在研地面装备都明确的提出隐身要求。要实现装备在声光电磁多频谱下的多源目标特征缩减和发现概率降低，就必须在较宽的频谱范围内开展装备多源目标特征测量分析和综合隐身效果评估研究[6]，以保障地面装备隐身设计与研制，提高装备隐身效能，为实战条件下的装备部署和作战提供参考。

1.2.1 大量多源目标特征参数作为隐身设计依据

为应对空/天/地立体化多频谱光电侦察和精确打击威胁，地面装备隐身设计与研制对雷达、红外及光学等多源目标特征测量研究具有明确需求：

在装备隐身设计前期，需要查询累积的装备目标特征测量数据库，在全面掌握上一代装备目标特征数值范围、分布规律基础上，在现有隐身技术能力上提出合理的装备目标特征设计指标，应用光电理论和仿真软件，通过外形设计、隐身材料应用设计抑制装备的光电目标特征，并对装备的雷达、红外、光学等目标特征进行综合模拟预测和评估，确保新设计的装备目标特征比上一代明显降低，实现装备的多源目标特征有效抑制和综合隐身[7]。

在装备隐身研制中期，需要对装备部件或者模型进行测量，将实际测量数据与仿真计算结果进行比对，进一步优化隐身设计。这一阶段是装备隐身防护设计的关键阶段，需要反复开展大量的目标特征测量试验，不断完善装备强目标特征抑制和整体目标特征控制优化。

在装备隐身研制后期，进入装备隐身演示验证和定型阶段，必须在测试场进行全尺寸装备隐身效果验证测试，以检验隐身设计的合理性及隐身防护材料的应用有效性，为装备最终定型提供真实、可靠的数据支撑。

1.2.2 多源目标特征综合隐身效能评估实战化应用

装备隐身后是否达到设计目的，在复杂电磁环境战场下的被探测发现概率减小了多少，被识别命中的几率降低了多少，都必须有一套基于装备多源目标特征测试基础上的综合隐身效能评估手段作为支撑[8]。因此，开展装备雷达、红外及光学等多源目标特征融合处理分析研究，开展基于多源目标特征的综合隐身效能评估方法研究，是实战条件下的装备作战部署、战场毁伤评估的基础，是提升装备战时生存力和作战效能的重要保障。

目标特征测试与隐身效能评估是为装备隐身设计、装备隐身效果检验提供基础数据和评价方法，是支撑装备隐身技术研究的基础。因此，应该基于对各种先进光电侦察设备工作原理的深刻理解，找准武器装备隐身技术研究真正需要的角域、频谱、模式等威胁边界条件和特征提取及统计分析方法，借鉴国外先进的多源目标特征测试与评价方法、提高国内目标特征测试技术水平，强化多源目标特征数据融合[9-10]处理及装备隐身效能评估技术研究，推动装备目标特征缩减设计、隐身伪装材料技术发展，提升装备隐身防护技术。

2 地面装备目标特征测评技术发展现状

2.1 国外发展现状

2.1.1 多源目标特征宽频、集成测试能力强

在雷达特征信号测试方面，国外通过建立多样化目标特征测试场，开展装备多源目标特征信号测试与评价技术研究[11]。美国William Parnell地面装备目标特征测试场具备多源目标特征集成测试能力(图1)，通过测试系统的微型化设计和多模式探测器布局的整体设计，解决了多频谱目标特征测试系统的集成设计难题，同时集成了9.0～10.0 GHz、34.5～35.5 GHz、94.5～95.5 GHz三个波段的雷达及3～5 μm、8～12 μm红外成像及可见光成像目标特征测试系统，可对20 m长全尺寸装备进行0°～360°方位和0°～90°俯角的雷达、红外及光学目标特征精确测试。法国在布雷斯特建立了专门的地面武器装备室外测试场(图2)，该测试场采用垂直测试高塔作为测试雷达运行轨道，通过控制测试雷达的高度，以满足地面装备在不同威胁俯角下的雷达目标特征测试需求。英国的位于Wells附近的泰利斯室外测试场(图3)具有3个已建成的测量场地，可进行VHF到毫米波的特性测量，可对100 t的目标进行全尺寸测试[12]。

图1 William Parnell目标特征测试场

图2 法国布雷斯特的CELAR变俯角测试场

图3 英国泰利斯目标特征测试场

美国通过目标雷达特征信号的测试，积累了大量的数据，并建立了多类武器装备的电磁散射特征提取分析模型(如波音公司的RECOTA模型)、雷达截面积(RCS)计算软件包(如XPATCH、MIS-SCAT、RECORTDENG、ESCORTHE和ECHO等)和RCS缩减效果评估方法。

在红外热辐射特性测试方面，美国、法国西方军事强国非常重视先进探测传感器和装备红外辐射特征测量分析方法研究。国外从外场测试和理论建模两条途径同时着手，围绕着坦克红外辐射特性，在坦克本体、坦克与环境背景相互作用及气象条件影响等方面取得了大量的实测数据。通过对大量武器装备的测试，美国的TACOM建立了车辆热特征分析评价系统，它可以指导武器研制阶段设计[13]。它的组成含仿真目标的几何参数，材料特征、气象和环境条件，能预估目标表面温度分布的PRIN模型，考虑了大气和传感器的效应，能计算大气和路径的衰减的热像模型TTIM，以及探测器模型CNVEO或EOIRTA和评价算法ATR。Weiss M A[14]建立了基于物理基础的地面红外辐射结构模型，此模型可根据实测或模型预测地面复杂的背景红外温度分布特征。

总之，针对新一代低目标特征装甲装备发展对目标特征精确测试与准确分析评价技术的急切需求，以美国为首的西方军事强国利用其多样化的目标特征测试场和先进的雷达、红外、可见光等多源目标特征测试设备，开展了武器装备多源目标特征集成精确测试与识别技术研究。建立了全极化雷达散射和辐射特性、高分辨红外辐射特性及可见光特性等目标特征集成精确测试技术方法、校准技术方法及测量不确定度评定方法等，累计建立了大量装备或模型的目标特征数据库和特征提取分析评价模型库，为装备目标特征控制缩减与材料防护应用提供关键支撑，并成功应用于无人机、直升机及战斗机对地面目标精确侦察和制导打击实战中[15]。

2.1.2 数据融合处理与分析评价技术先进

1) 目标特征融合处理分析技术成熟，广泛应用于武器装备的精确打击作战中。军事强国特别是美国建立了成熟的目标特征融合分析处理算法，并在装甲车辆等装备上实现实战应用，据报道应用目标特征融合分析方法较单一目标特征的探测识别的准确率高40%。美国将立体化平台传感器获得目标雷达、红外、激光及可见光等目标特征信号信息进行有效融合建立了目标图像特征、波普特征等目标特征信号提取技术。突出景物对比度、提高目标探测识别概率、增加观察距离和信息获取能力，通过分析各种目标特征，采用最优化目标特征提取技术，为军队指挥、火控、精确制导和打击及毁伤评估[16]提供一体化、数字化管理，有效提高了目标探测识别打击成功和目标毁伤评估准确度。

2) 装备多源目标特征综合隐身效果评价方法先进，建立了完善的装备作战效能的综合评估体系。西方军事强国，基于完善的测试手段和先进的仿真技术手段，建立了大型军事装备的目标特征数据库，并通过实战环境下的目标特征探测、识别与打击作战试验，开展了装备目标特征与战场探测发现概率间的相关性研究，建立了装备实战环境下的综合隐身效果评价标准和作战效能评估方法。美、德、法等军事强国已在这一技术领域投入了大量的人力和物力，对军用目标综合隐身性能的测试评价进行了大量的研究。国外形成了知识、模型、人工神经网络等多种基于装备目标特征的隐身效能的综合评估方法[17]。

国外已经实现了目标特征控制设计、目标特征精确测试、多目标特征融合处理分析和装备实战环境下的作战效能预估一体化。积累了装备目标特征仿真、装备目标特征测量及环境特性数据库，针对不同类别地面装备的目标特征和面临的战场电磁威胁环境，建立实战环境下的装备目标特征信号测试与评价分析模型和隐身技术指标与装备战技指标的对应关系，形成了陆军装备目标特征设计指南和隐身效果实战评价体系，提高了装备战场生存力和作战效能[18]。

2.2 国内发展现状

国内对全尺寸武器装备目标特征的测试分析研究起步晚、手段少、设备性能落后、目标特征测试数据综合处理与装备隐身效能分析评估技术与军事强国还有一定的差距。

国内能够开展室外装甲装备目标特征测试研究主要有地面平面场法和自由空间场法[19]。两种方法各有特点，互为补充，都是需要不断发展完善的目标特征测试方法。

某测试场，利用弧形塔结构变俯角设施，实现了0°～60°俯角的调节能力，借助目标承载转台具备的0°～15°倾斜功能，能满足最大75°俯角下的目标特征测试，可对全尺寸装甲装备或模型及部件进行全方位、大俯角下的雷达、红外目标特征进行准确定量测量。通过多年的测试积累，建立了异地定标技术，基于多样化标准体的高精度校准技术，散射源分离测试及二维成像精确定位技术，目标特征三维重构[20]技术，目标特征测量不确定度评定技术，装备红外特征模拟和成像测量技术，背景模拟测试验证技术，典型地面装备雷达特征分布建模技术，如图4(a)所示，装备特征与雷达发现概率相关性分析技术，如图4(b)所示，基于层次分析法的装备隐身效能评估技术等多项地面装备目标特征测试与隐身性能评价技术。

图4 装备特征分析

国内在大型地面武器装备目标特征研究方面与国外存在一定的差距：

1) 目标特征测试技术。国外目标特征研究的频率范围宽覆盖微波、红外、激光、可见光等波段，范围较宽，测量模式(主被动、全极化等)齐全；目标特征测量方法成熟，建立了目标特征测试方法规范和测量质量评价标准，保证了装备测试精度。国内对装备的威胁频段覆盖不齐，范围较窄，目标特征模式少，目标特征测试与评价方法还在逐步的完善中，对弱小目标的测量精度还有待提高[21-22]。

2) 多源目标特征数据处理与分析评价应用。国外已经发展了的先进目标特征控制设计方法、累计了大量装备目标及其环境特性数据库，并且建立了目标特征融合分析处理及装备目标特征与雷达探测发现概率间的相关性分析模型，创建了装备实战环境下的作战效果预测评估方法并广泛应用于实际作战中。国内正逐步完善目标特征数据库(特别是非合作目标[23])，目标特征融合处理和作战效能评估研究在探索中发展，仅开展了单一频段隐身效能评估，多源目标特征综合分析评价能力不足。

3 地面装备目标特征测价技术展望

目标特征测试与评价技术作为装备隐身防护技术的关键支撑技术必须加速发展，才能适应隐身与反隐身技术的发展，特别是提高多源目标特征精确测试能力和综合分析评价能力[24]，才能保障我国新一代地面装备的综合隐身性能，提升装备在信息化实战条件下的生存力和作战效能。建议加强以下几个方面的研究：

1) 深入发展多源、多模式目标特征高精确集成测试技术，支撑装备综合隐身防护技术发展。主要是建立雷达、红外及光学集成测试平台，健全雷达测试频段，特别是建立3 mm 测量雷达，实现(4～100)GHz频率范围的宽频雷达目标特征观测，提高雷达测量精度(优于10%)；完善全极化(同极化和交叉极化)、三维立体成像、主被动(雷达散射和微波辐射)目标特征测试观测模式，增强智能目标识别技术研究[25]；提高红外全波段热成像分辨率，建设红外高光谱成像能力，提高红外探测距离和空间分辨率；急需开展频谱覆盖广、测试数据关联性强的多目标特征集成测试技术和多源目标特征融合处理方法研究，解决装备在目标特征管理和应用中能够借鉴的目标特征数据少、频谱范围窄、多源数据关联度低等问题，为装甲武器装备开展“深度”隐身设计和综合隐身效果测试验证提供数据和技术支撑，提升地面装备的综合隐身防护水平。

2) 积极完善多源目标特征数据库(特别是非合作目标)，推动多源信息融合技术实战化应用。针对不同目标特征测试数据，通过对测量设备、测量背景与环境、测量方法、操作规范性等分析，开展单个目标特征测量不确定度评定研究，确定目标特征测量精度。对于不同探测传感器获得的目标特征测量数据，通过统计分析与背景对消技术，开展装备量化特征量提取和表征研究，确定各种探测模式下的装备有效特征参量。基于不同探测手段的战场环境条件和威胁大小，以装备多源目标特征实测数据为基础，采用如模糊推理自适应加权的信息融合算法，解决多目标特征测试数据的融合处理问题。加强对非合作目标(如外军装甲装备)的模拟仿真和测试分析研究，完善目标特征数据库，为精确制导武器的发展提供基础数据支撑；最后，将装备目标特征测量数据、有效特征参数及测试环境参数进行整理、归类、并录入装备型号、状态、测试条件等必要信息形成装备多源目标特征信息库，为装备隐身设计、反隐身武器制导打击提供数据支撑。

3) 强化装备综合隐身效能评估体系及作战应用技术研究，提升装备实战条件下的光电对抗能力。应用目标特征数据库及装备有效特征提取模型，通过比对装备隐身前后目标特征缩减，获得该传感器节点的特征量贡献因子，在融合中心将来自各传感器的特征量贡献因子和与各自传感器相对应的探测威胁因子进行组合，采用基于如模糊推理自适应加权的融合算法进行综合处理，得到装备多源目标特征的隐身效能综合评估值。基于装备有效目标特征参数，建立装备在战场环境下的雷达探测概率和发现距离相关性分析模型，装备目标特征缩减与装备战场生存力间的关系模型，形成装备在实战环境下的隐身效能评估和作战效能预估方法，为装备作战部署和作战指挥提供参考。

4 结论

本文通过分析地面装备面临的多源目标特征探测、识别与打击威胁，明确了地面武器装备隐身与反隐身对抗技术发展对雷达、红外及光学等多源目标特征测量和综合隐身效果评估研究需求，对比了国内外地面装备目标特征测试手段、数据处理技术和隐身效能评估等方面的研究现状，分析了目标特征测试和基于多源目标特征的综合隐身效能评估技术的差距。结合地面武器装备目标特性测试技术研究实际和地面装备验证需求，提出了多源目标特性高精度集成测试、非合作目标特征数据库和多源目标特征融合分析及综合隐身效能分析评估技术发展建议，为地面武器装备隐身和反隐身技术发展提供参考。

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(责任编辑 周江川)

Research Status and Prospect of Ground EquipmentTarget Feature Measurement

AN Fu-tao1, WANG Sen2

( 1.CPLA Representation Bureau in Chongqing，Chongqing 400060，China；2.The No.59 Institute of China Ordnance Industry, Chongqing 400039, China)

Being against to the local war conflict, the military confrontation competition and the change of combat space faced by the ground preparation task, we analyzed the development needs of ground equipment for detecting, identifying and combating threat environments as well as target signature testing and stealth performance evaluation techniques. We introduced the research status of stealth testing technology at home and abroad from the test ability, data fusion technology, performance evaluation methods and so on. Compared the gap between domestic and foreign research and combined with the ground equipment stealth technology development needs and characteristics of the actual application requirements, we looked forward to the development and application of multi-source target feature testing and stealth performance evaluation technology for ground equipment.

ground equipment; target feature; stealth; performance evaluation

2016-11-12；

2016-12-15 作者简介：安富涛(1988—)，男，助理工程师，主要从事装甲车辆管理研究。

10.11809/scbgxb2017.04.018

安富涛，王森.地面装备目标特征测评方法研究现状及展望[J].兵器装备工程学报，2017(4):82-86.

format:AN Fu-tao, WANG Sen.Research Status and Prospect of Ground Equipment Target Feature Measurement[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(4):82-86.

TJ765.4

A

2096-2304(2017)04-0082-05