董愛,夏芒,李陟

(1.北京電子工程總體研究所，北京 100854；2.中國(guó)航天科工集團(tuán)有限公司 第二研究院，北京 100854)

0 引言

分布式探測(cè)系統(tǒng)在隱身目標(biāo)探測(cè)、高精度定位、抗干擾、抗軟硬殺傷等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)，也越來越多的得到應(yīng)用。目前，應(yīng)用較多的分布式探測(cè)系統(tǒng)有三大類[1-3]：有源分布式探測(cè)系統(tǒng)、無源分布式探測(cè)系統(tǒng)和有源/無源分布式探測(cè)系統(tǒng)。工程上應(yīng)用較多的是有源/無源(T/R-RN)型分布式探測(cè)系統(tǒng)即主站雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，同時(shí)多站接收目標(biāo)回波信號(hào)，主站融合處理各回波信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)定位。

分布式探測(cè)多站結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的定位不僅需要主站雷達(dá)的測(cè)量信息，也需要各接收副站的測(cè)量信息。多目標(biāo)情況下，多站結(jié)構(gòu)將可能導(dǎo)致各接收站測(cè)量信息進(jìn)行融合解算時(shí)存在模糊組合問題，需要將各接收站的測(cè)量數(shù)據(jù)正確組合在一起才能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的正確定位。即有N個(gè)目標(biāo)時(shí)，需將主站雷達(dá)測(cè)量集合{RT1，RT2，…,RTN}、第i個(gè)接收副站測(cè)量集合{RTi1，RTi2，…,RTiN}中屬于同一個(gè)目標(biāo)的測(cè)量信息正確組合，避免解算得到虛假目標(biāo)位置。解決多目標(biāo)同一性識(shí)別或多目標(biāo)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題，一直是分布式探測(cè)系統(tǒng)研究與應(yīng)用的難點(diǎn)[4-8]。

針對(duì)有源/無源分布式探測(cè)系統(tǒng)多目標(biāo)同一性識(shí)別問題，基本思路是基于冗余目標(biāo)測(cè)量信息，設(shè)定關(guān)聯(lián)門限，建立關(guān)聯(lián)函數(shù)，進(jìn)行多目標(biāo)同一性識(shí)別[9-14]，可獲得很高的識(shí)別成功概率。本文針對(duì)有源/無源分布式探測(cè)系統(tǒng)，研究了多目標(biāo)情況下各接收副站收到脈沖回波的時(shí)序情況，仿真證明了從距離上能夠分辨出的目標(biāo)，只要按時(shí)序進(jìn)行組合，就可避免虛假模糊組合。

1 多目標(biāo)同一性識(shí)別問題提出

以圖1所示的1發(fā)4收(T/R-R3)分布式測(cè)量系統(tǒng)為例，通常認(rèn)為在多目標(biāo)情況下，可能出現(xiàn)回波到達(dá)時(shí)序不一致的情形，如圖2所示，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)到達(dá)時(shí)序就不能準(zhǔn)確識(shí)別出各個(gè)目標(biāo)，就會(huì)出現(xiàn)虛假模糊組合情況。

圖1中，(xT,yT,zT)為某個(gè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，(x3,y3,z3)為接收副站3的三維坐標(biāo)，RT為目標(biāo)到雷達(dá)主站的距離，RT1為目標(biāo)到接收副站1的距離，RT2為目標(biāo)到接收副站2的距離，R3為接收副站3到雷達(dá)主站的距離，RT3為目標(biāo)到接收副站3的距離，L為接收副站1到雷達(dá)主站的距離，βT為雷達(dá)主站的方位角 ,εT為雷達(dá)主站的俯仰角。

在出現(xiàn)目標(biāo)時(shí)序不一致的情況時(shí)，一個(gè)雷達(dá)測(cè)量周期內(nèi)，4個(gè)接收站分別接收到N個(gè)目標(biāo)斜距信息，則系統(tǒng)對(duì)這些測(cè)量信息進(jìn)行融合解算時(shí)，將有N4種數(shù)據(jù)組合，而其中只有N個(gè)組合可以解算出正確的目標(biāo)位置，其余N4-N個(gè)組合均是模糊組合，解算時(shí)將會(huì)解算出虛假目標(biāo)位置。多目標(biāo)同一性識(shí)別就是要從N4種模糊數(shù)據(jù)組合中識(shí)別出N個(gè)不模糊的數(shù)據(jù)組合。為解決上述問題，現(xiàn)在較有效的方法是增加一維測(cè)量信息，通過冗余信息設(shè)定關(guān)聯(lián)門限，完成目標(biāo)的同一性識(shí)別，這種方法往往需要增加測(cè)量設(shè)備，帶來使用上的一些問題。

為確保目標(biāo)同一性識(shí)別，要確保2步：一是各單站測(cè)量設(shè)備的多目標(biāo)分辨能力；二是各站測(cè)量信息的正確組合。

2 多目標(biāo)同一性識(shí)別方法研究

2.1 各單站測(cè)量設(shè)備的多目標(biāo)分辨能力分析

以隱身飛機(jī)典型四機(jī)編隊(duì)開展各單站測(cè)量設(shè)備的多目標(biāo)分辨能力分析。四機(jī)編隊(duì)參數(shù)：取雙機(jī)組成的疏開梯隊(duì)，2個(gè)雙機(jī)編隊(duì)之間的前后距離取3 000 m，左右距離取800 m，雙機(jī)之間前后距離取200 m，左右間隔取80 m，高度差取100 m(前低后高)，飛行高度5或10 km(以領(lǐng)頭飛機(jī)為參考)，俯視圖見圖3。

通常制導(dǎo)雷達(dá)距離分辨能力較容易控制在10 m內(nèi)，對(duì)典型四機(jī)編隊(duì)，不存在距離模糊的問題。在此選取圖1構(gòu)型中的時(shí)間差測(cè)量接收副站3重點(diǎn)研究，隱身飛機(jī)四機(jī)編隊(duì)狀態(tài)下空間各飛行器相對(duì)關(guān)系示意圖見圖4。

經(jīng)分析，四機(jī)編隊(duì)中1號(hào)機(jī)和2號(hào)機(jī)目標(biāo)回波到達(dá)接收副站3的時(shí)差間隔為1.343 μs， 3號(hào)機(jī)和4號(hào)機(jī)到達(dá)接收副站3的時(shí)差間隔為1.337 μs，通過波形設(shè)計(jì)，較容易識(shí)別出四機(jī)編隊(duì)的各個(gè)目標(biāo)。

2.2 基于距離分辨的多目標(biāo)同一性識(shí)別方法

本節(jié)探討一個(gè)問題：對(duì)于典型有源/無源分布式探測(cè)系統(tǒng)，雷達(dá)主站中回波信號(hào)到達(dá)晚的目標(biāo)，在各接收副站回波信號(hào)到達(dá)也晚。如果該結(jié)論成立，只要能從斜距上區(qū)分目標(biāo)，當(dāng)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)，按回波到達(dá)先后次序進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)即可。

考慮圖1所示T/R-R3分布式探測(cè)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的三維高精度定位，雷達(dá)主站高精度測(cè)量目標(biāo)斜距，3個(gè)接收副站接收目標(biāo)回波，接收副站1、2直接測(cè)量接收回波的時(shí)間，接收副站3測(cè)量雷達(dá)照射直波和目標(biāo)反射回波的時(shí)間差。在N個(gè)目標(biāo)情況下，雷達(dá)主站的測(cè)量數(shù)據(jù)有{RT1，RT2，…,RTN}，接收副站1的測(cè)量數(shù)據(jù)有{RT11，RT12，…,RT1N}，接收副站2的測(cè)量數(shù)據(jù)有{RT21，RT22，…,RT2N}，接收副站3的測(cè)量數(shù)據(jù)有{RT31，RT32，…,RT3N}。

對(duì)雷達(dá)主站，目標(biāo)回波相對(duì)發(fā)射脈沖的延遲時(shí)間為

(1)

式中：c為光速。

對(duì)接收副站1，目標(biāo)回波相對(duì)發(fā)射脈沖的延遲時(shí)間為

(2)

對(duì)接收副站2，目標(biāo)回波相對(duì)發(fā)射脈沖的延遲時(shí)間為

(3)

對(duì)接收副站3，目標(biāo)回波相對(duì)雷達(dá)照射直波的延遲時(shí)間為

(4)

(5)

下面考慮接收副站3的情況。

y3)sinεT+(zT-z3)cosεTsinβT]=

(6)

由式(4)有

(7)

在上述典型構(gòu)型下，只要能從斜距上區(qū)分開目標(biāo)，那么當(dāng)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)，只要按回波到達(dá)先后次序進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)即可。

下面討論另外一種T/R-R3典型構(gòu)型，見圖5，為實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的三維高精度定位，雷達(dá)主站高精度測(cè)量目標(biāo)斜距，3個(gè)接收副站測(cè)量雷達(dá)照射直波和目標(biāo)反射回波的時(shí)間差。

圖5中，(x1,y1,z1)為接收副站1的三維坐標(biāo)，R1為接收副站1到雷達(dá)主站的距離。

對(duì)接收副站1，目標(biāo)回波相對(duì)雷達(dá)照射直波的延遲時(shí)間為

(8)

綜上所述，T/R-RN在分布式探測(cè)系統(tǒng)中，雷達(dá)主站中回波信號(hào)到達(dá)晚的目標(biāo)，在各接收副站回波信號(hào)到達(dá)也晚，即能夠距離分辨出的目標(biāo)，按時(shí)序組合，在通常情況下不存在模糊組合。

2.3 仿真驗(yàn)證結(jié)果

在圖1典型構(gòu)型下，針對(duì)圖3典型四機(jī)編隊(duì)，開展了各接收站目標(biāo)回波到達(dá)時(shí)間仿真，仿真條件設(shè)定：1號(hào)機(jī)斜距50～150 km，1號(hào)機(jī)高度8 km，1號(hào)機(jī)方位角分別取60°，120°，-60°，-120°，2號(hào)機(jī)高度8.1 km，3號(hào)機(jī)高度8 km，4號(hào)機(jī)高度8.1 km，接收副站1,2與雷達(dá)主站的距離200 m，接收副站3方位角同1號(hào)機(jī)，接收副站3與1號(hào)機(jī)間距離30 km。

圖6～9給出了1號(hào)機(jī)不同方位角下的各站回波時(shí)序仿真結(jié)果。

從圖6～9中可以看出，在典型四機(jī)編隊(duì)情況下，各站接收回波未出現(xiàn)不一致情況，主站中看起來遠(yuǎn)的目標(biāo)，在各接收副站看起來也是遠(yuǎn)的；主站看起來近的目標(biāo)，在各接收副站看起來也是近的。只要按時(shí)序進(jìn)行數(shù)據(jù)組合，就不會(huì)出現(xiàn)模糊組合。

3 結(jié)束語(yǔ)

多目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)的同一性識(shí)別往往是多站測(cè)量系統(tǒng)要面臨的問題，本文以典型的T/R-R3型時(shí)差定位系統(tǒng)為例，針對(duì)該構(gòu)型下多目標(biāo)同一性識(shí)別的兩大方面展開分析，驗(yàn)證了在各設(shè)備完成多目標(biāo)的分辨后，基于距離分辨，按時(shí)序組合進(jìn)行多目標(biāo)數(shù)據(jù)組合，即可避免模糊定位情況?；谌哂鄿y(cè)量數(shù)據(jù)的多目標(biāo)同一性識(shí)別方法可作為按時(shí)序組合識(shí)別特殊情況處理的補(bǔ)充方法。該方法可用于距離分辨的有源無源分布式測(cè)量系統(tǒng)，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

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