多传感器组网技术研究

丁源

摘要：多传感器组网探测技术是现代舰艇中一个高度复杂而重要的问题。复杂多元的战场信息环境和联合指挥控制一体化要求舰艇作战系统能够很好地利用多传感器技术。雷达、声纳和舰外数据等数据探测和作战融合技术在分布式和并行式的的作战系统中得到了越来越多的应用。在分析作战系统协同作战的主要内容和需求的基础上，对舰船多传感器组网技术的组成和信息实现处理进行了比较研究，分析了舰船多传感器数据处理的方法，为军种间协同作战数据处理的解决提供了新的研究思路。

【关键词】组网 多传感器 数据融合

作战系统日益复杂化和多节点化，使得作战系统指控协同成为世界各国研究的热点问题。未来作战系统的信息化和体系化要求分布广泛地海域、空域等作战单元联合起来，充分利用雷达探测、声纳探测等传感器技术，以信息的获取、融合处理、传输和共享为基础，使多种武器平台、多个传感器与指控节点有机结合起来。水而舰艇就是当今人类社会所建造的武器装备密集度最高的作战平台。

针对综合控制体制的现代水而舰艇，其高效和实时作战能力除了需要分布式的雷达和声纳等实时数据外，还需要在指挥与控制系统下的并行数据处理能力。通过一体化作战，广泛分布的各个舰船通过使用多传感器数据联合武器进行协同作战，使得参战部队能够在各种层次上充分了解目标态势和敌我情况，共享传感器的数据，从而可以扩大作战空问，提高部队的实际作战能力和探测能力。本文在对这些作战要素分析的基础之上，对作战系统军种问协同提供了一定的理论启示和参考价值。

1 作战系统数据需求和技术分析

现代战争要求对作战空问的感知和探测，必然大大要求提高观测、定位的能力。这不仅需要不断提高单个传感器节点的信息获取能力，单部雷达或单个声纳探测器已经很难与电子对抗系统全而抗衡，如今的美军早已经发展到体系作战模式，都是多传感器进行数据采集与融合，更为重要的是将多个传感器的信息进行共享以极大提高战场信息感知和探测能力。

实时性和高效性要求這些多传感器数据进行融合，就是把多个相同或不同类型的传感器所提供的局部观察量加以综合，例如雷达、声纳探测设备等，消除数据之问的冗余和矛盾，利用数据互补，形成对环境的相对完整一致的感知描述，从而提高指挥系统决策的快速性和正确性。

1.1 作战系统数据需求

早期的舰艇都是单一传感器探测数据，若误差偏差较大，对战场态势不能精准定位，极大地影响作战能力。作战系统数据应该满足以下几个条件：

1.1.1 情报信息源的多元化

由于单一情报源对目标探测范围有限和精准度不高，情报信息应该包含多个平台传感器收集的信息，达到早期预警。

1.1.2 信息识别和数据识别的多元化

单一的依靠敌我识别来识别目标属性或根据有限的侦察手段来确定目标的类型的局限性，要求信息识别和数据识别多元化、常态化。

1.2 多传感器组网探测技术

多传感器组网探测技术就是指将多个或多种不同体制、不同频段和不同工作模式的雷达、声纳、电子侦察设备或无线通信设备等链接成网，由指挥控制系统统一调配，形成一个整体。在网的各传感器将收集到的情报信息按照统一时空坐标发送给指挥控制中心，并根据战场态势情况适时地调整各自的状态，完成作战范围内的探测、定位跟踪和协同打击任务。

多传感器组网探测增强了单个传感器系统的生存能力、扩展了空问覆盖范围、增加了系统的探测能力和检测概率，增加了数据信息来源的可信度，减少了目标或事件的不确定性和不稳定性（若某一传感器故障，可以通过其他传感器协同进行数据探测）。图1是多传感器组网探测的数据原理图。

2 分布式和并行式条件下的数据融合

多传感器探测到的目标存在类别、属性和特性的区别，数据融合也称多传感器信息融合技术就是要将这些不同类、不同平台传感器等获取的信息进行多级别、多方位的综合分析与比较，通过与其他数据进行比较处理，数据融合技术能更高效、精准地提供战场态势。

2.1分布式信息源

传感器存在种类、波段、工作方式等不同，常见的信息源包含以下几类：

（1）雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，它可以发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息，所以雷达可以精确地测定目标的径向距离。

（2）红外探测是一种无线通信方式，通过接收目标表面的辐射场获取目标的信息。

（3）声纳探测是利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成水下探测和通讯任务的电子设备。它有主动式和被动式两种类型，主动声纳通过发送声波和接收回波信息来判别目标的航速和航向等信息，被动声纳通过接收回波信息来探测目标的方位和径向速度等信息。

（4）其他电子侦察设备通过使用专门的电子技术设备进行侦察。

2.2 并行式数据集成和融合处理

指挥控制系统通过接收分布式的信息数据，由于多个传感器可以获得多个目标特性、类别等，为了在对目标进行探测和识别时具有更精准的结果，利用融合技术实现了例如动态目标的精确定位和形态、状态等估计。多传感器的数据集成和融合处理方式如下：

2.2.1 时空坐标统一

数据融合必须要保证时间对准和空间坐标的统一，即将同一目标或同一区域内的目标所关联的传感器同步到同一基准时间，保证分布式数据处理的精准性；而空间坐标统一主要针对指挥控制系统接收多数据源的数学建模和转换上，利用相对坐标系或大地坐标系来解算目标或探测区域的坐标信息，保证态势空间的一致性和一体化。

2.2.2 多传感器数据的协调管理

用于将多个传感器统一在一个共同的时间和空间参考系，把同一类别、同一层次的传感器数据转化成同一种表达形式进行数据配准、标校处理，然后将不同传感器对相同目标的探测信息进行关联。

2.2.3 数据相关融合处理

数据相关融合处理包括分布式信息源的点迹相关和指挥控制系统的航迹相关，各传感器间存在精度差异，不同传感器对不同区域、不同属性类别的目标感知度不同，应依据优先级别逐一进行数据处理。

3 结束语

分布式协同探测和并行式的融合数据处理是实现跨平台的重要技术基础，在这个基础上，实现跨平台的传感器探测和武器协同指挥与控制，通过战场态势管理和通信技术，形成各级指挥中心统一与一致的战场综合态势，促进战场态势的探测能力和作战能力。

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