对敌我识别信号的主被动侦察定位技术研究

吴 昊，赵巾卫，刘志武，卢 鑫，聂海江，朱晓丹

（中国航天科工集团8511 研究所，江苏 南京 210007）

0 引言

敌我识别侦察研究作为电子侦察领域的一个重要内容，是获取军事情报的重要渠道。然而，敌方敌我识别应答机开机时间有限，对其侦察必须采取有效措施，增加敌应答机开机工作时间以提高时间截获概率。

通过对敌我识别信号的主被动一体侦察定位技术的研究，可有效获取战场态势，为信息获取系统采取相应对抗措施提供依据，保证复杂电磁环境下的预警探测和防御反击等能力。该项研究有较大应用价值。

1 工作原理

对敌我识别信号的主被动一体侦察主要具备电子侦察与主动探测2 种工作模式。

电子侦察工作模式下,系统可采用二维干涉仪测向体制，结合解码获得的目标高度经验信息，实现对空中目标的单站定位。主动探测工作模式下,系统通过辐射敌我识别模拟信号诱导敌方敌我识别应答机开机,以获取测距信息，结合二维测向信息进一步提高定位精度。对敌我识别信号的主被动一体侦察场景如图1 所示。

图1 敌我识别信号主被动一体侦察场景

2 主被动协同侦察工作流程

正确使用被动侦察系统，可有效减少主动诱发系统的电磁辐射时间，提高系统生存能力和抗干扰性能；利用主动方式使敌方敌我识别系统开机，可有效提高系统发现目标的概率，并测得目标与观测平台之间的距离。

为了提高系统综合性能，根据不同情况，主被动协同侦察使用流程如下：

1）利用电子侦察对海空大区域内的目标进行搜索、截获、分析、检测、识别以及定位，并基于已有的目标数据库进行目标类型判别和目标的威胁等级分类；

2）利用电子侦察提供的目标位置和属性信息，引导系统主动诱发敌我识别信号对目标区域进行探测并判断是否有更新的目标信息数据；

3）综合利用主动诱发所侦察的信息与电子侦察信息数据进行信息融合处理，获取高性能、高可靠的目标信息结果。

复合探测工作流程图如图2 所示。

图2 复合探测工作流程图

3 敌我识别主动探测技术

敌我识别询问信号高精度模拟需要根据不同的任务以及目标，模拟出高逼真度的敌我识别询问信号,并按照特定的询问规律发射，从而诱导实施电磁静默的作战对象发射敌我识别应答信号。

(1)分别针对高峰期和非高峰期的发车间隔进行优化，高峰期的发车间隔误差为±10 s，非高峰期发车间隔的误差为±30 s。

主要考虑2 种思路进行高保真模拟。

一是根据敌我识别询问信号协议标准完成模拟。敌我识别各模式标准如图3 所示。

图3 敌我识别主要模式及其格式

二是根据侦察到的询问信号参数完成模拟。根据侦察到的询问信号脉冲间隔、周期以及询问规律等模拟诱导信号，或者提前存储侦察到的敌我识别询问信号，通过放大转发完成主动探测信号的发射。

敌我识别询问、应答信号的配对主要获取不同类型或不同型号辐射源对不同询问的反应规律，为高效的主动探测提供最优的询问模式选择。复杂环境下可能同时存在多个敌我识别询问台，导致侦察系统接收到多个敌我识别应答信号的概率大大增加，如何判断侦收应答信号与我方辐射询问信号的匹配度是技术难点。

正常情况下，询问与应答是相互伴随的，应答机在接收到询问信号之后开始应答，考虑可能的传播路径差，需取一个合理长度的滑动时间窗，并对落在时间窗内的询问和应答信号进行关联，若能判定它们之间的询问和应答类型一致，则认为是一对配对信号，并通过相对时间延迟信息获取距离测量结果。

4 敌我识别单站定位技术

敌我识别单站定位是根据目标与观测站之间的方位与俯仰角以及目标的距离测量值（高度码，被动模式下）对目标位置进行定位。

在水平定向坐标系下定位模型图如图4 所示：图中、、为水平定向坐标系，平面为地面的切面，为坐标原点(即观测站位置)，为目标位置。为目标到地心的连线与地面的交点，||即为目标高度，设为，为测得的目标方位角，为测得的目标俯仰角。目标的定位就是在已知、、的情况下计算目标的位置。

图4 单站无源定位模型

因此在电子侦察模式下，只需得到即可得到目标的定位结果。

在主动探测模式下，由于获得了目标距离信息，可结合方位、俯仰信息实现单站高精度定位。则目标的坐标(x,y,z)为：

电子侦察模式下，因为目标的高度信息是通过敌我识别编码脉冲得到的，所以在下面的仿真中，可以假定目标的高度信息误差为零。

方位精度 1°、俯仰精度0.3°、俯仰角4°时单站定位精度如图5所示。俯仰角10°时单站定位精度如图6所示。

图5 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、俯仰角4°)

图6 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、俯仰角10°)

从图5—6 可以看出：俯仰角＞4°,相对定位精度为8%；俯仰角＞10°时,相对定位精度为3.5%。

主动探测模式下，由于获得了距离信息，可有效提高定位精度，采用与电子侦察模式相同的仿真条件，单站定位精度如图7 所示。

图7 定位精度分布(方位精度1°、俯仰精度0.3°、测距精度30 m)

在完成对目标的单站定位后，采用跟踪滤波方法，可以提升对运动目标的定位跟踪精度。为兼顾到确定性机动和随机性机动2 种情况，研究重点关注匀速运行、匀加速运行2 种运行模型。

在选定目标运动模型的基础上，拟采用交互式多模型（IMM）处理方法实现目标运动模型自适应匹配。该算法采用多个不同的运动模型来分别匹配目标的不同运动状态，尽可能真实地反映目标的机动情况。IMM 算法是在滤波性能和算法复杂度方面的一个完好折衷，计算量仅与一阶广义伪贝叶斯(GPB1)算法相当，但滤波精度却能达到二阶广义伪贝叶斯算法的滤波精度。在计算过程中各个模型进行并行滤波，同时各模型之间根据马尔科夫转移概率进行转移，最终各个模型滤波结果的加权求和即为目标状态的最终估计结果。IMM 算法处理流程如图8 所示。

图8 交互式多模型算法处理流程

通过作战对象分析可见，空中动目标在作战过程中往往会采用具有一定特征的飞行航迹，如圆形、“8”字形、跑道形等航迹，在较为稳定的高度、以匀速飞行的方式执行任务，而较为稳定的飞行高度可作为先验知识，为快速跟踪滤波方法设计提供基础。图9 为对4 类飞行航迹的跟踪效果，假设飞机飞行速度为500 m/s。

图9 4 类飞行航迹跟踪仿真结果

5 结束语

本文分析了主被动协同侦察一体化工作原理，给出了协同侦察工作流程。描述了敌我识别主动探测手段，提出了对敌我识别信号单站定位与运动目标跟踪方法。通过仿真验证了其定位效能。目前对敌我识别主动侦察方法只是从理论上探究了可行性，实际运用时，还需要进一步地通过试验来完善。