火控雷達(dá)網(wǎng)融合控制系統(tǒng)仿真范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了火控雷達(dá)網(wǎng)融合控制系統(tǒng)仿真參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《中國測試雜志》2014年第三期

1火控雷達(dá)網(wǎng)工作原理

火控雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)由M部火控雷達(dá)和一個融合控制中心組成，每部雷達(dá)的工作狀態(tài)和工作參數(shù)都由融合控制中心進(jìn)行統(tǒng)一控制和協(xié)調(diào)，各部火控雷達(dá)通過通信鏈路實現(xiàn)與融合控制中心之間的信息傳遞，以此保證多雷達(dá)間的數(shù)據(jù)共享。任一時刻只有一部雷達(dá)處于輻射工作狀態(tài)，其余雷達(dá)進(jìn)行靜默跟蹤。當(dāng)此雷達(dá)停止工作后，由融合控制中心選擇另一部雷達(dá)繼續(xù)工作[6]。如圖1所示，假設(shè)在k時刻火控雷達(dá)（jj=1，2，…，M）處于間歇輻射工作狀態(tài)，其余雷達(dá)處于靜默跟蹤狀態(tài)。雷達(dá)j將其對目標(biāo)的實時跟蹤測量數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)融合控制，融合控制中心根據(jù)雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)對目標(biāo)的運動軌跡進(jìn)行濾波和預(yù)測。處理后的數(shù)據(jù)一方面送到相關(guān)武器系統(tǒng)，供火力打擊使用；另一方面送到其余處于間歇狀態(tài)的雷達(dá)，供其天線調(diào)整以完成對目標(biāo)的靜默跟蹤。跟蹤精度評估環(huán)節(jié)和低截獲性能評估環(huán)節(jié)則分別對當(dāng)前的跟蹤精度和當(dāng)前的低截獲性能進(jìn)行計算和評估。通過對當(dāng)前跟蹤精度的計算，采用自適應(yīng)脈沖間隔策略選擇下一時刻的最優(yōu)脈沖間隔，間歇輻射控制環(huán)節(jié)根據(jù)該參數(shù)控制雷達(dá)j的脈沖發(fā)射間隔。同時，通過對雷達(dá)低截獲性能的評估控制交替選通信號，以選擇下一時刻工作的雷達(dá)。當(dāng)雷達(dá)j停止工作后，通過交替選通信號的控制選擇雷達(dá)j+1間歇工作以繼續(xù)跟蹤目標(biāo)。以此循環(huán)，各雷達(dá)在融合控制的協(xié)同控制下，共同完成對目標(biāo)的交替間歇式跟蹤。

2作戰(zhàn)場景想定

以3部火控雷達(dá)網(wǎng)為例構(gòu)建仿真系統(tǒng)，想定場景如圖2所示。防御方的防空系統(tǒng)由警戒雷達(dá)、火控雷達(dá)和防空武器等組成，進(jìn)攻方的戰(zhàn)斗機對防御方的雷達(dá)進(jìn)行探測定位。當(dāng)戰(zhàn)斗機處于防空系統(tǒng)中警戒雷達(dá)的探測范圍內(nèi)，而處于火控雷達(dá)探測范圍之外時，火控雷達(dá)不工作，由警戒雷達(dá)對戰(zhàn)斗機進(jìn)行前期的警戒跟蹤，并為火控雷達(dá)提供偵察機的粗略位置信息。當(dāng)戰(zhàn)斗機進(jìn)入防空系統(tǒng)中火控雷達(dá)的探測范圍時，火控雷達(dá)突然開機工作，依據(jù)警戒雷達(dá)提供的偵察機位置信息，在較短時間內(nèi)完成對戰(zhàn)斗機的穩(wěn)定跟蹤，同時為防空武器提供精確的戰(zhàn)斗機位置信息，供其火力攔截?；鹂乩走_(dá)開機工作之后，戰(zhàn)斗機的偵察系統(tǒng)在告警系統(tǒng)的觸發(fā)下迅速對火控雷達(dá)信號進(jìn)行搜索、識別、截獲和分析，以獲得火控雷達(dá)各項工作參數(shù)，對雷達(dá)進(jìn)行定位，進(jìn)而發(fā)射反輻射導(dǎo)彈對雷達(dá)進(jìn)行火力摧毀。為了避免防空火控雷達(dá)信號在短時間內(nèi)被戰(zhàn)斗機截獲，融合控制中心控制火控雷達(dá)網(wǎng)，采用交替間歇輻射的工作方式完成對目標(biāo)的連續(xù)跟蹤。在保證火控雷達(dá)對偵察機精確跟蹤的同時，盡量延長偵察機對雷達(dá)定位所需的時間，從而完成防空武器系統(tǒng)對偵察機的有效打擊。

3仿真系統(tǒng)設(shè)計

火控雷達(dá)網(wǎng)間歇式目標(biāo)跟蹤原理如圖3所示。具體工作過程為：由目標(biāo)模塊產(chǎn)生目標(biāo)模擬運動航跡，融合控制中心模塊通過雷達(dá)工作參數(shù)的設(shè)定來選擇處于工作狀態(tài)的雷達(dá)，并通過對脈沖重復(fù)周期的選擇來控制雷達(dá)的輻射狀態(tài)。雷達(dá)進(jìn)行間歇工作獲得目標(biāo)測量數(shù)據(jù)，將測量數(shù)據(jù)傳送到融合控制中心模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、跟蹤濾波等處理，并根據(jù)處理結(jié)果選擇下一時刻雷達(dá)的工作參數(shù)，以控制雷達(dá)工作，如此循環(huán)進(jìn)行，交替選擇組網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的火控雷達(dá)進(jìn)行間歇工作，以實現(xiàn)對目標(biāo)的連續(xù)跟蹤。同時，將處理結(jié)果傳送到效能評估模塊，效能評估模塊將這些數(shù)據(jù)和來自目標(biāo)模塊的雷達(dá)信號截獲判定、目標(biāo)真實航跡等數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，對系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行評估。融合控制成員對組網(wǎng)雷達(dá)融合控制中心的功能進(jìn)行仿真。訂購雷達(dá)成員生成的量測數(shù)據(jù)信息，通過融合處理，生成目標(biāo)的位置信息和雷達(dá)網(wǎng)跟蹤精度，并對雷達(dá)下一個周期的工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，向雷達(dá)成員公布目標(biāo)位置、脈沖寬度、工作頻率、開關(guān)機信號、雷達(dá)信號形式等。對融合控制成員進(jìn)行類劃分，將具有相同屬性的方法提取出來，并對類與類之間的關(guān)系進(jìn)行分析，可分為以下8類。RTI基類：此類主要提供運行支撐環(huán)境（run-timeinfrastructure，RTI）的基本服務(wù)，包括聯(lián)邦管理、聲明管理、對象管理、時間管理、所有權(quán)管理和數(shù)據(jù)分發(fā)管理等功能。聯(lián)邦管理是指對一個聯(lián)邦執(zhí)行的創(chuàng)建、動態(tài)控制、修改和刪除的過程。聲明管理是為聯(lián)邦成員提供類層次上的表達(dá)（公布或訂購）機制，在HLA中，聯(lián)邦成員通過聲明管理服務(wù)向聯(lián)邦表明自己可以公布或需要訂購的對象類和交互類[7]。對象管理是在聲明管理的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)對象實例的注冊/發(fā)現(xiàn)、屬性值的更新/反射、交互實例的發(fā)送/接收以及對象實例的刪除/移走等功能。時間管理的主要任務(wù)是使仿真世界中事件發(fā)生的順序與真實世界中事件發(fā)生的順序一致。仿真運行過程中，聯(lián)邦成員和RTI將利用所有權(quán)管理服務(wù)來轉(zhuǎn)移實例屬性的所有權(quán)，在聯(lián)邦執(zhí)行生命周期的任一時刻，一個實例屬性最多只能被一個聯(lián)邦成員擁有，只有唯一擁有實例屬性所有權(quán)的聯(lián)邦成員才有權(quán)更新該實例屬性的值[8-10]。數(shù)據(jù)分發(fā)管理是在實例屬性層次上增強聯(lián)邦成員精簡數(shù)據(jù)需求的能力，減少仿真運行過程中無用數(shù)據(jù)的傳輸和接收，提高仿真運行的效率。RTI接口類：此類是RTI基類的派生類，負(fù)責(zé)實現(xiàn)聯(lián)邦的具體創(chuàng)建工作，成員通過回調(diào)接口函數(shù)，使用RTI提供的服務(wù)。RTI接口的工作主要在仿真線程中進(jìn)行，其中主要包括創(chuàng)建并加入聯(lián)邦、聲明公布/訂購關(guān)系、注冊對象實例、請求時間推進(jìn)、更新和反射對象屬性值、發(fā)送和接收交互、退出聯(lián)邦等。融合控制類：實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的融合處理和雷達(dá)工作參數(shù)的控制。如對3部雷達(dá)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，估計偵察機對雷達(dá)信號的截獲概率和當(dāng)前的目標(biāo)跟蹤精度，計算出下一時刻的雷達(dá)最優(yōu)脈沖間隔，控制雷達(dá)的工作時間。數(shù)據(jù)公布類：實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的公布，即表明要公布的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新等。數(shù)據(jù)訂購類：實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的訂購，即表明要訂購的對象、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度等，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行更新等。文件管理類：實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的記錄，負(fù)責(zé)創(chuàng)建文件，將數(shù)據(jù)寫入文件，完成讀取文件、修改文件、格式轉(zhuǎn)換和刪除文件等功能。顯示類：實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的實時顯示，如目標(biāo)三坐標(biāo)位置、斜距、俯仰角、方位角、雷達(dá)脈沖間隔和系統(tǒng)工作時間等。定時器類：實現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理和更新過程中的定時功能，如啟動時鐘、停止時鐘等，負(fù)責(zé)仿真進(jìn)程的開始和停止。順序圖主要描述系統(tǒng)各組成部分之間交互的次序，展示了對象之間的動態(tài)協(xié)作關(guān)系[11]。使用順序圖，可以描述執(zhí)行特定用例，會觸發(fā)哪些交互，以及這些交互以何種次序發(fā)生。融合控制成員從整個仿真系統(tǒng)的啟動開始，工作流程如下：（1）運行融合控制程序，點擊“加入聯(lián)邦”，通過調(diào)用RTI接口函數(shù)使用RTI的聲明管理、對象管理函數(shù)，將該成員加入到仿真系統(tǒng)中，等待開始仿真的指令。（2）開始仿真，進(jìn)入主線程，通過調(diào)用RTI接口函數(shù)使用RTI的數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)，訂購其他聯(lián)邦成員的數(shù)據(jù)。（3）對訂購的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，通過調(diào)用RTI接口函數(shù)使用RTI的數(shù)據(jù)分發(fā)管理服務(wù)，把數(shù)據(jù)公布給其他聯(lián)邦成員。（4）實時顯示數(shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，寫入文本文檔。（5）收到停止仿真命令后停止仿真進(jìn)程，融合控制成員退出聯(lián)邦。根據(jù)以上的操作流程創(chuàng)建順序圖如圖4所示，該圖顯示了仿真流程融合控制成員運行的動態(tài)過程。

4仿真分析

通?；鹂乩走_(dá)對目標(biāo)的跟蹤距離相對較近，對于高速運動的反輻射導(dǎo)彈載機來說，在有限的跟蹤距離內(nèi)，持續(xù)跟蹤時間不會太長。因此，在仿真過程中設(shè)定目標(biāo)跟蹤時間為t=100s。將開發(fā)的軟件加入到火控雷達(dá)網(wǎng)仿真聯(lián)邦中，在仿真過程中存儲對目標(biāo)的測量值和濾波值進(jìn)行存儲，并實時計算出3部雷達(dá)的截獲概率，都保存到文本文檔中。仿真結(jié)束后，調(diào)用Matlab讀取存儲的文本，畫出目標(biāo)的測量軌跡和濾波軌跡，如圖5所示?？梢钥闯?，組網(wǎng)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。3部雷達(dá)的截獲概率如圖6所示。由圖可知，組網(wǎng)系統(tǒng)在有效的跟蹤目標(biāo)時，能夠延長雷達(dá)被敵方偵察系統(tǒng)截獲的時間，提高了先敵發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的概率，給指揮高炮對敵方目標(biāo)進(jìn)行打擊提供了充足的時間。

5結(jié)束語

火控雷達(dá)在跟蹤敵方目標(biāo)時必須要盡量延長被偵察系統(tǒng)截獲的時間，在敵方發(fā)射反輻射導(dǎo)彈攻擊之前指揮高炮對目標(biāo)進(jìn)行打擊。本文研究了3部火控雷達(dá)組網(wǎng)系統(tǒng)交替輻射的原理，并開發(fā)了基于高層體系結(jié)構(gòu)的融合控制系統(tǒng)，仿真結(jié)果證明了該方法的有效性。由于戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜性，如何進(jìn)一步優(yōu)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，更好地發(fā)揮組網(wǎng)優(yōu)勢，實現(xiàn)與反輻射武器的對抗有待深入研究。

作者：李成玉杜偉明 彭建怡張文泉單位：武漢軍械士官學(xué)校光電裝備系武漢軍械士官學(xué)校雷達(dá)系