基于置信超椭球实时分析的无源融合定位性能优化

袁 键，石玉璞

(中国电子科技集团公司第五十一研究所，上海 201802)

0 引 言

电子对抗作战体系的基础是雷达设备，其主动发射电磁波形照亮目标，因此雷达本身也成为具有高对抗价值的目标。另一方面，通信设备也会泄露出大量电磁信号。无源电子侦察设备通过接收敌方雷达等辐射源的发射信号，实现对敌方辐射源的认知，包括其电磁行为和空间行为等。对空间行为的认知通常反映为对敌方辐射源的无源融合定位。常见的定位体制有测向交叉、时差定位等[1]，并辅以航迹处理手段来获得较平滑的航迹[2]。电子侦察系统(以下简称系统)的侦察能力本质上是对时-空-电磁域联合空间中某个子集的采样能力。对单个目标的持续监视侦察，就是在采样能力中分配一部分给这个目标。单次采样能提供的目标新信息越丰富，这次采样就越有价值。

为提高作战效能，目前业界日益关注无源电子侦察设备的组网使用，一方面通过扩大系统的瞬时侦察范围，在时-空-电磁域联合空间中提高了系统采样能力；另一方面，有利于增加对单一目标的来源相互独立的观测，降低单套设备的系统误差的影响。然而，随着电子对抗在军事斗争中的重要性日益提升，同时出现的辐射源的数量迅猛增长，能分配给单一目标的采样能力越来越珍贵。因此，即使在组网条件下，设法提高单次采样的价值，也依然具有重大的意义。

无源电子侦察网(以下简称侦察网)能测量辐射源目标的一些与空间行为相关的电磁参数，例如，通过电磁波到达方向推测目标的相对方向、通过比较2个站点之间同一电磁波信号的到达时间差推测目标与它们的距离差等。如果仅考虑定位需求，每个与空间行为相关的观测对定位结果的贡献是不同的。在某些场面下，增加新的定位参数观测对提高定位结果性能不明显，此时可以不用为了定位而做专门观测，而是将采样能力分配给其它关注的目标，在对侦察网的定位性能没有大的损失的前提下，提高多目标能力。

为了在侦察网中达成上述设想，本文提出了一种对节点设备的资源调度方法。根据对当前场面下关注目标的定位置信超椭球的实时分析，判断继续提供增加定位观测的必要性，进而对侦察网对目标的侦察行为提出参考决策，优化节点设备侦察资源的需求。仿真结果表明，该方法能有效地减少单目标定位所需要的侦察网侦察资源占用，为提高侦察网作战使用效能提供了一种指导手段。

1 融合定位通用模型

融合定位的目的是确定当前场景中1组辐射源目标的时空行为，这些时空行为由一组时不变常量描述，称为场景状态，记为y。可以根据场景状态推算出各辐射源目标在任意时间的位置、速度等时空瞬时特性。例如，二维场景下，匀速直线飞行的伴飞双机编队可由长机起始位置、速度矢量、僚机相对长机位移的六维状态描述。场景状态维度的选取涉及到运动模型的分析，可以采用交互多模型(IMM)[3]等方法；本文假设已经选取了和实际相符的模型。

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2 定位场面下的置信超椭球

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式中：D=dimx(p)。

概率密度u等概率面为超椭球面，在常用的定位下可以认为是二维椭圆或三维椭球面：

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该超椭球的各轴可由Σx(p)的特征值分解得到，其中各单位化特征矢量Λd为超椭球轴向，各特征值λd的平方根为置信超椭球基准轴长。

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则u具有标准正态分布，其置信度P对应的等概率面为半径为r(p)的球面:

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3 基于置信超椭球的定位优化

设计具体优化流程如图1所示。

图1 基于置信超椭球的定位优化流程

4 场景仿真

为了验证前述方法的效能，设计如下场景：2个具有测向能力的侦察站分别布置在平面原点(主站sA)和x轴20 km(副站sB)处。测向误差均方根为1°，每10 s观测1次，主站在整10 s观测，副站在尾数5 s观测。

观察目标是一架飞机，从y轴200 km处开始以(0 km,-200 km)为圆心、400 km为半径、300 m/s速度做匀速圆周运动。定位要求是5%CEP。

侦察站不知道目标运动方式，因此采用匀速直线运动模型。场景状态定义为四维矢量y=[x0v]T，x0是初始位置，v是速度。因为模型是假设的，所以只保留600 s时间窗口。

在这个场景下，式(14)的具体形式为(v是与测向线垂直的法线)：

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图2 定位结果比较

首先是定位结果。由于2站测向时间点不同，实际上不能有效地按传统方法做交叉定位；圆圈数据线是按照最近2条测向线交叉得到的参照定位结果。可以看到，采用本文方法，即使选取的运动模型与实际情况有所出入，仍然能较好地跟踪目标的运动。而开启优化之后，也依然能保证定位性能要求。

为了进一步观测定位性能符合情况和资源使用情况，对比开启或不开启优化情况下的误差估计和实际误差，如图3所示。可以看到，使用优化策略，可以节省44%侦测次数(图中有81个采样位置，其中有36个采样位置可以优化掉)，同时仍保证定位误差符合性能要求(图中开启优化后的实际误差超过5%的点数不超过50%)。

图3 是否启用性能优化的侦收点数对比和误差对比

5 总结与展望

本文提出了一种具有通用性的对无源电子侦察中融合定位的侦察资源需求的优化方法，仿真结果证明该方法具有较好的健壮性，在典型场景下能节省40%以上的侦察需求，具有工程实用性。

在实际应用中，侦察资源的优化使用，除了本文提出的开关两状态的情况之外，可能还有更复杂的方法。此外，本文方法对最后一次结果的状态依赖较大，如果不幸遇到该结果实际上在置信区域外的小概率情况，可能造成误差的积累，对此可以考虑在关闭侦收期间适当补盲。