主/被动雷达复合制导设备模拟方法研究

刘富强

(解放军91404部队，秦皇岛 066001)



主/被动雷达复合制导设备模拟方法研究

刘富强

(解放军91404部队，秦皇岛 066001)

摘要：近年来反舰导弹导引头普遍采用了主/被动双模复合制导方式。对主/被动雷达复合制导方式进行了分析，根据现有的单模导引头特点，研究了如何对两部单模导引头进行数据关联、融合识别、融合跟踪和时空校准等，制成了主/被动复合制导模拟设备。

关键词：主/被动复合制导；末制导雷达;导引头

0引言

目前，新型舰艇雷达对抗能力显著提高，具有对抗复合体制制导雷达的手段。主/被动雷达复合制导技术被普遍应用于反舰导弹上，国外典型装备有俄罗斯的“马斯基特”、“宝石”超音速反舰导弹和日本的XASM-3反辐射型反舰导弹等。本文对主/被动雷达复合制导的方式进行了分析，结合现有单模雷达导引头和宽带被动导引头的特点，研究了决策级和特征级复合方法，形成了主/被动雷达双模复合制导模拟设备，用作试验、训练的保障。

1主/被动雷达复合制导方式

主/被动雷达复合导引头可以充分融合2种制导方式的优点，抗干扰性能较单一制导方式更好。2种制导方式的特点对比如表1所示。

表1　2种制导方式的优缺点对比

复合方式分为决策级和特征级2种。决策级复合是指依靠各单模导引头输出最终探测信息，这种方法的优点是实时性好，容错能力强，能进行决策层次的处理和数据融合。决策级复合流程图如图1所示。

图1　决策级复合流程图

由于被动雷达作用距离远且隐蔽性较好，其先截获目标，随着导弹飞行，当弹目距离进入主动雷达作用距离范围，被动雷达交班给主动雷达，采信主动雷达跟踪结果，被动雷达保持跟踪。如主动雷达受到干扰，再交班给被动雷达，采信被动雷达跟踪结果，被动雷达持续引导主动雷达重新搜索跟踪目标。

主/被动雷达复合导引头特征级复合制导典型装备如日本的XASM-3反辐射型反舰导弹。特征级复合是基于2个导引头提取的目标特征进行复合处理，完成共同制导的。其优点在于实现了信息压缩，比决策级融合多保留了目标信息，减少了信息损失，但实时性相对较差，数据处理占用资源大[1]。特征级复合流程图如图2所示。

图2　特征级复合流程图

2主/被动雷达决策级复合方法

2.1时空校准

(1) 空间校准

通过结构安装的方式实现空间校准，如图3所示。主动雷达导引头和被动雷达导引头同一平台架设，调整被动雷达导引头和主动雷达导引头中心轴线，使其与平台中心轴线平行，通过结构件进行固定，利用雷达跟踪角度值修正系统差和随机差实现空间校准。

图3　空间校准示意图

(2) 时间校准

造成时间不同步的原因是不同设备的采样周期、处理速度等不同，在进行复合处理之前，必须对其进行时间校准。时间校准示意图如图4所示。对数据进行线性插值，以数据周期小的主动雷达数据为时间基准，T1和T2分别为主动雷达和被动雷达导引头输出的数据周期，T1

图4　时间校准示意图

利用分段线性插值法可以得到被动雷达在t时刻对目标的测量值为：

(1)

2.2数据关联

ψ1为主动雷达航向角，其标准差为δ1； ψ2为被动雷达航向角，其标准差为δ2。若2部导引头跟踪一个目标，按照3δ概率论准则，2部导引头探测的目标航向角的一次差不大于3(δ1+δ2)+δ(δ为空间校准误差)的机率约为0.998，即：

(2)

为提高判断的准确性，依据3/3法准则，即连续比较3次，如果上式3次成立则判定2部雷达均未受到干扰，跟踪的是同一目标，否则认为受到了干扰。因被动雷达不易受到干扰，则可判定主动雷达跟踪的是干扰，主动雷达重新搜索跟踪目标后，再和被动雷达进行数据关联，一直到3次满足上述公式。

2.3融合决策

除了一般复合原则外，本文根据D-S证据理论进行决策级复合的融合识别，D-S证据理论中最基本的概念是识别框架U，U为变量A的所有可能的穷举集合，且框架中的各个元素互不相容。U的幂集(2U)构成了命题的集合。在2U上定义基本概率赋值函数m：2U→[0，1]，且满足：

(3)

命题的信任函数bel和似然函数pls分别定义为：

(4)

(5)

式中：bel(A)表示对A的总的信任；pls(A)表示不否认A的程度。

[bel(A)，pls(A)]构成命题A的不确定区间。

D-S证据理论的融合法则是反映证据联合作用的一个法则，融合法则为：

设bel1和bel2为同一识别框架上的2个信任函数，m1和m2分别是对应的概率赋值函数，焦元分别为A1，…，Ak,B1，…，Br，又设：

(6)

则：

(7)

3主/被动雷达特征级复合方法

特征级复合方式与决策级复合基本相同，不同之处在于特征级复合能够利用主动和被动雷达导引头的探测信息进行融合识别和融合跟踪，2部雷达输出信息经过融合后即为特征级复合后的输出信息。

3.1融合识别

主动雷达提供的距离和方位精度高，被动雷达提供的方位精度低。要实现高精度识别，只能依靠主动雷达。但对于反舰导弹而言，主动雷达面临的干扰较多，被动雷达面临的干扰较少且隐蔽性好，通过双模复合可提高抗干扰性能。本文简单介绍2种融合识别方案[3-4]。

(1) 基于主动雷达回波信号和被动辐射源的干扰识别

采集主动雷达导引头视频回波和被动雷达跟踪信号源脉冲描述字(频率、脉宽、重频、波形、幅度)，利用舰船和干扰(箔条、角反和有源诱饵)的回波特性差异进行抗干扰识别，箔条和舰船回波特性如表2所示。

干扰和舰船回波存在差异，但仅靠回波特性进行抗干扰成功率并不是特别高。尤其是无源质心干扰，利用被动雷达导引头不受箔条、角反射体、有源诱饵影响的特性，可以根据信息装订威胁目标数据库，融合识别干扰与舰船目标，能够显著提高识别概率。

表2　干扰和舰船回波特性对照表

(2) 基于主动和被动雷达探测信息的干扰识别

由于干扰被动雷达导引头的措施(诱饵)对主动雷达导引头无干扰效果，而干扰主动雷达导引头的措施(箔条、角反、有源诱饵等)对被动雷达导引头无干扰效果，如图5所示。图中的3个目标检测示意图分别表示检测后的“主动雷达检测图像”、“被动雷达检测图像”和“融合识别后图像”，这些示意图中的检测目标分别用“X”，“○”和“▲”表示，经过融合检测后，大部分的干扰能够被滤除。

图5　对比后消除干扰示意图

3.2融合跟踪

融合跟踪的功能是通过主动雷达和被动雷达对目标的测量结果，提高对目标跟踪的稳定性和精度。雷达导引头测量数据包括r(距离)、ψ1(方位角)信息。被动雷达导引头测量数据只有ψ2(方位角)。设Y为观测向量，Z为状态向量，H为观测矩阵，V为观测误差(零均值高斯白噪声)，R为观测误差的自协方差矩阵。则观测方程为：

Y=HZ+V

(8)

(9)

(10)

(11)

由加权最小二乘法估计得：

(12)

则：

(13)

融合后的误差协方差矩阵为：

(14)

由上式[5]可见，融合后误差协方差矩阵的方位角误差小于单模导引头的方位角误差。

4结束语

通过对现有设备接口改造的方式，应用本文提出的复合逻辑，能够实现单模导引头两两复合，形成复合制导设备，具有一定的经济效益。但是，由于主动和被动雷达导引头体制不同，测量信息交集很少，这里所提到的特征级融合处理算法也是基于单模导引头自身测量数据的融合，目前还远没有达到信号级复合，这也将是今后很长时间内研究探索的方向。

参考文献

[1]张晓峰.导弹控制原理[M].北京：国防工业出版社，2010.

[2]林华，玄兆林，刘忠.用于多传感器目标跟踪的数据时空校准方法[J].系统工程与电子技术，2004，26(6)：833-835.

[3]高烽.雷达导引头概论[M].北京：电子工业出版社，2010.

[4]李相平,李世忠.反舰导弹毫米波主被动复合制导导引头设计探讨[J].现代电子技术,2008(3):262-269.

[5]李炯，雷虎民，刘兴堂.基于D-S证据理论的多模复合制导目标识别[J].光电与控制，2007，14(3)：49-50.

Research into Simulation Method of Active/Passive Radar Composite Guidance Device

LIU Fu-qiang

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001,China)

Abstract:Active/passive dual-mode composite guidance mode is commonly applied to anti-ship missile seeker at present.This paper analyzes the active/passive radar composite guidance mode,according to the characteristics of existing single-mode seeker,studies into how to perform the data association,fusion recognition,fusion tracking and space and time calibration,etc.to two single-mode seekers,makes a simulative device of active/passive composite guidance.

Key words:active/passive composite guidance;terminal guidance radar；seeker

收稿日期:2015-11-05

中图分类号：TN959.21

文献标识码：A

文章编号：CN32-1413(2016)02-0034-04

DOI:10.16426/j.cnki.jcdzdk.2016.02.009