官术网_书友最值得收藏!

1.3.2 射頻隱身技術(shù)研究現(xiàn)狀

由近年的高技術(shù)局部戰(zhàn)爭的經(jīng)驗教訓(xùn)可知,奪取戰(zhàn)場制電磁權(quán)、獲得制空權(quán)對戰(zhàn)爭的勝利起著決定性作用。要在戰(zhàn)爭中做到先敵發(fā)現(xiàn)、先敵打擊、先敵摧毀,就必須大力發(fā)展射頻隱身技術(shù)。美國在射頻隱身技術(shù)方面的研究走在了世界前列。據(jù)已解密的公開資料,20世紀(jì)70年代,美國最先開始進行射頻隱身技術(shù)的相關(guān)研究[14]。射頻隱身技術(shù)試驗最早出現(xiàn)在美國的F-117A隱身攻擊機上,當(dāng)時美國已經(jīng)意識到雷達隱身、紅外隱身、射頻隱身等整體隱身性的重要性,此后,射頻隱身技術(shù)成為美國的研究重點[8]。1973年,美國啟動了“Have Blue”項目,開展了LPI雷達系統(tǒng)的試飛試驗,并將不同型號雷達進行評估對比。試驗結(jié)果表明,采用射頻隱身技術(shù)的雷達具有更低的被截獲概率。此后,美國完成了第一套機載LPI雷達試驗,試驗中使用的是法國的幻影飛機Cyrano系列雷達,隱身后的雷達具有9個發(fā)射波束、320MHz信號帶寬及-55dB的天線副瓣電平。試驗結(jié)果表明,擁有射頻隱身性能的雷達,被無源探測系統(tǒng)截獲的距離大大降低,約為不采取射頻隱身技術(shù)截獲距離的1/100。在這一階段,美國還沒有掌握成熟的射頻隱身技術(shù)。

20世紀(jì)80年代后期,射頻隱身技術(shù)得到了較大發(fā)展。美國在B-2隱身轟炸機上裝備了APQ-181相控陣?yán)走_,該雷達具有五級功率控制和發(fā)射波形選擇功能,其射頻隱身性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)機載雷達,這說明美國已部分掌握了射頻隱身技術(shù)。

從20世紀(jì)末到21世紀(jì)初,美國對F-22和F-35戰(zhàn)斗機進行系統(tǒng)更新,將射頻隱身技術(shù)應(yīng)用于機載雷達、機間數(shù)據(jù)鏈、導(dǎo)航、敵我識別、電子對抗等機載電子設(shè)備上,綜合一體化隱身理論得到了應(yīng)用。F-22戰(zhàn)斗機上裝備了“多功能先進數(shù)據(jù)鏈”,該系統(tǒng)具有6副點掃描波束切換智能天線,能夠采用窄波束“鎖鏈模式”發(fā)射,使其射頻隱身性能得到進一步提升。F-35戰(zhàn)斗機裝備的AN/APG-81機載雷達,將電子對抗和有源相控陣?yán)走_進行高度融合,實現(xiàn)了航空器射頻隱身性能綜合化。這也標(biāo)志著美國已經(jīng)完全掌握了射頻隱身技術(shù),并具備作戰(zhàn)能力,可將多種射頻隱身雷達及數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)應(yīng)用到實際戰(zhàn)場環(huán)境中。

我國對機載雷達、通信等航空電子設(shè)備的LPI技術(shù)研究起步較早,取得了一定的研究成果,但在射頻隱身技術(shù)方面的研究還與國外存在較大差距[119]。目前,中國電子科技集團有限公司的10所、14所、29所、38所,中國航空工業(yè)集團有限公司的601所、611所、607所,南京航空航天大學(xué),西安電子科技大學(xué),電子科技大學(xué),國防科學(xué)技術(shù)大學(xué),空軍工程大學(xué),南京理工大學(xué)等研究機構(gòu)和高等院校先后對射頻隱身技術(shù)進行了深入研究,并在基礎(chǔ)理論方面取得了豐碩的成果。本節(jié)將結(jié)合射頻隱身技術(shù)的主要技術(shù)途徑,從射頻隱身表征參量、最低輻射能量控制、定向雷達天線設(shè)計、射頻隱身信號波形設(shè)計及多傳感器協(xié)同與管理5個方面進行闡述。

1)射頻隱身表征參量

科學(xué)的表征射頻隱身指標(biāo)體系是開展射頻隱身技術(shù)研究的前提和基礎(chǔ)。射頻隱身表征參量分為射頻目標(biāo)特征參量和射頻隱身性能參量。其中,射頻目標(biāo)特征參量只與射頻傳感器自身的射頻特性有關(guān),與敵方無源探測系統(tǒng)的性能參數(shù)無關(guān);而射頻隱身性能參量除與射頻傳感器自身的射頻特性有關(guān)外,還取決于敵方無源探測系統(tǒng)的性能參數(shù)。目前已公開發(fā)表的射頻隱身性能參量主要包括截獲因子、截獲圓等效半徑(Circular Equivalent Vulnerable Radius,CEVR)、截獲球等效半徑(Spherical Equivalent Vulnerable Radius,SEVR)、截獲概率。射頻目標(biāo)特征參量主要包括射頻輻射強度(Radio Frequency Intensity,RFI)和信號波形特征不確定性。

關(guān)于射頻隱身性能的表征參量,最早可以追溯到1985年美國的施里海爾(Schleher)在國際雷達會議上發(fā)表的論文“Low Probability of Intercept Radar”。論文基于雷達的目標(biāo)探測距離和無源探測系統(tǒng)對雷達信號的截獲距離首次提出了截獲因子的概念,稱為施里海爾截獲因子[120]。施里海爾截獲因子定義為無源探測系統(tǒng)最大截獲距離與雷達最大探測距離之比,可用α描述如下

(1.1)

式中,RI表示無源探測系統(tǒng)的最大截獲距離;RD表示雷達的最大探測距離。若施里海爾截獲因子小于 1,則無源探測系統(tǒng)的最大截獲距離小于雷達自身的最大探測距離,此時雷達信號不易被截獲,該雷達系統(tǒng)稱為LPI雷達系統(tǒng);反之,若施里海爾截獲因子大于1,則雷達信號容易被截獲;若施里海爾截獲因子等于1,此時系統(tǒng)處于臨界狀態(tài)。因此,在電磁對抗中施里海爾截獲因子越小,對雷達越有利,雷達系統(tǒng)的生存能力也就越強。

美國的Schrick等學(xué)者[121]和Denk [122]均在施里海爾截獲因子的基礎(chǔ)上,比較了雷達系統(tǒng)與無源探測系統(tǒng)各自的特點和優(yōu)勢,通過具體實例給出了LPI雷達系統(tǒng)設(shè)計中需要注意的問題,并對未來截獲接收機的性能進行了展望。2001年,Liu等學(xué)者[123]對影響施里海爾截獲因子的各個參數(shù)進行了具體分析,在此基礎(chǔ)上給出了理想LPI雷達系統(tǒng)的設(shè)計建議。2006年,Schleher[124]基于Pilot-LPI雷達系統(tǒng)和不同的無源探測系統(tǒng),對影響施里海爾截獲因子的性能參數(shù)進行了分析,并通過仿真實驗計算了不同條件下無源數(shù)字截獲接收機對Pilot-LPI雷達的截獲距離。

美國的Wu[125]于2005年提出了采用CEVR評價雷達低截獲性能的方法。CEVR定義為一個圓形區(qū)域的半徑,在這個圓形區(qū)域內(nèi)雷達發(fā)射信號很容易被敵方截獲接收機所截獲,其數(shù)學(xué)表達式為

(1.2)

式中,(Pr/N0)revd表示截獲接收機接收到的信噪比;(Pr/N0)reqd表示截獲接收機在滿足一定發(fā)現(xiàn)概率下所需的輸入信噪比;Area 表示滿足條件(Pr/N0)reqd< (Pr/N0)revd的圓形區(qū)域的面積。在該圓形區(qū)域內(nèi),雷達所發(fā)射的信號很容易被敵方截獲接收機所截獲,稱該圓形區(qū)域為易受攻擊區(qū)域,由此可計算出CEVR。

隨著戰(zhàn)場環(huán)境的日益復(fù)雜和軍事需求的日益多樣化,雷達射頻隱身設(shè)計必須同時考慮來自地面、機載甚至星載截獲接收機的威脅。基于此,澳大利亞的Dishman等學(xué)者[126]于2007年提出采用SEVR來評價雷達的LPI性能。SEVR定義為截獲接收機能截獲到雷達發(fā)射信號的三維空間球體的等效半徑,即

(1.3)

式中,Vdet表示在指定發(fā)現(xiàn)概率下截獲接收機的實際探測體積,其定義為

(1.4)

式中,θ表示目標(biāo)相對于雷達天線的方位角;φ表示目標(biāo)相對于雷達天線的俯仰角;rdet表示在保證截獲接收機靈敏度條件下的最大探測距離。

CEVR和SEVR的表征方法雖然為復(fù)雜電磁環(huán)境下雷達射頻隱身性能評價提供了途徑,但CEVR和SEVR相對施里海爾截獲因子而言,其計算非常復(fù)雜,實際應(yīng)用十分困難,后續(xù)關(guān)于雷達射頻隱身研究中未見用CEVR和SEVR作為評價其射頻隱身性能的文獻。

2004年,美國的Lynch[6]從截獲概率的角度評價了雷達的射頻隱身性能,并對截獲概率計算公式進行了近似,其具體表達式為

(1.5)

式中,AF表示雷達天線波束覆蓋面積;DI表示截獲接收機密度;pF表示截獲接收機的頻域截獲概率;pD表示截獲接收機的功率域截獲概率;TOT表示雷達發(fā)射機對截獲接收機的照射時間;TI表示截獲接收機的搜索時間。由式(1.5)可以看出,截獲接收機密度越大,截獲概率越高;截獲接收機搜索時間越短,截獲概率越高。因此,降低雷達發(fā)射機主瓣波束寬度、減少波束駐留時間可以有效降低其截獲概率。

2010年,楊紅兵等學(xué)者[127]考慮到天線空域掃描方式捷變對機載雷達射頻隱身性能的影響,提出了信號截獲率的表征方法。信號截獲率將施里海爾截獲因子與截獲概率相結(jié)合,統(tǒng)一表示為

(1.6)

式中,α表示施里海爾截獲因子;P{X=i} 表示機載雷達在n次天線掃描中被截獲接收機截獲i次的概率。當(dāng)施里海爾截獲因子大于或等于1時,截獲接收機的最大截獲距離大于機載雷達的最大探測距離,此時機載雷達射頻隱身性能主要取決于截獲接收機截獲機載雷達所需的照射時間;當(dāng)施里海爾截獲因子小于1時,機載雷達射頻隱身性能將由截獲因子及雷達天線掃描方式的捷變性共同決定。

由于射頻輻射強度只與機載有源射頻傳感器自身的輻射特性有關(guān),與敵方無源探測系統(tǒng)的性能參數(shù)無關(guān),因此它可以作為機載有源射頻傳感器的射頻目標(biāo)特征參量。射頻輻射強度的定義為

(1.7)

式中,PT表示射頻輻射源的峰值功率;GTI表示射頻輻射源在截獲接收機方向上的天線增益。射頻輻射強度的物理含義為單位立體角內(nèi)的射頻輻射功率。

2013年,朱銀川[128]提出利用信息論中的熵來表征射頻信號的不確定性,如信號載頻f={f1,f2,…,fa} 的熵可以描述為

(1.8)

式中,p(fi)表示信號載頻fi所對應(yīng)的概率密度函數(shù)。

整個射頻傳感器的不確定性熵為

H(A1)=H(f)+H(τ)+H(T)+?

(1.9)

式中,τ表示信號脈寬;T表示脈沖重復(fù)周期;H(?)表示不同雷達發(fā)射參數(shù)所對應(yīng)的射頻不確定性熵。整個傳感器平臺的不確定性熵為

H(A)=H(A1)+H(A2)+…+H(AM)

(1.10)

式中,A1A2、…、AM分別表示傳感器平臺上的M個射頻傳感器;H(AM)表示射頻傳感器AM所對應(yīng)的不確定性熵。對于多個傳感器平臺的不確定性熵的計算也類似于式(1.10)。在已知信號特征參數(shù)概率分布時,可由式(1.9)計算該特征參數(shù)的不確定性熵,進而計算射頻傳感器及整個傳感器平臺的不確定性熵,且熵值越大,平臺的射頻隱身性能越好。

2014年,趙宜楠等學(xué)者[129]對分布式MIMO雷達的LPI性能進行了分析,提出了能夠定量衡量雙基地雷達LPI性能的評估指標(biāo),并將其推廣到組網(wǎng)雷達的情況。通過繪制LPI等值線分析圖,可以發(fā)現(xiàn)分布式MIMO雷達的LPI性能不僅與雷達發(fā)射參數(shù)有關(guān),還與系統(tǒng)中發(fā)射機與接收機的空間位置關(guān)系有關(guān)。另外,相比于單基地雷達,空間分集增益是分布式MIMO雷達實現(xiàn)LPI性能的關(guān)鍵因素。

2017年,針對雷達信號射頻隱身性能評估中對敵方無源探測系統(tǒng)的依賴性和評估方法的通用性問題,何召陽等學(xué)者[130]提出了一種基于自身輻射信號特征的雷達信號波形域射頻隱身性能定量評估方法。該方法不需要考慮敵方截獲接收機裝備體制和復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境因素,只對雷達自身輻射信號的周期、占空比和脈內(nèi)參數(shù)等進行計算分析,即可有效評估雷達信號波形的射頻隱身性能。

2018年,曾小東[131]提出了基于層次分析法的射頻隱身性能評估方法,綜合考慮了多種因素對系統(tǒng)射頻隱身性能的影響,從指標(biāo)的模糊化處理到各指標(biāo)權(quán)重的確定,不僅考慮了專家的定性分析,還通過將指標(biāo)量化并進行科學(xué)計算,得出了合理的評估結(jié)果。

2020年,楊誠修等學(xué)者[132]針對突防場景下飛行器集群作戰(zhàn)的射頻隱身性能評估問題,提出了基于正態(tài)波動猶豫模糊集相關(guān)系數(shù)的評估方法。該方法在分析飛行器集群與單平臺射頻隱身性能評估不同的基礎(chǔ)上,結(jié)合猶豫模糊集與正太波動猶豫模糊集的相關(guān)理論,推導(dǎo)了隸屬度參考點公式,并通過計算參考點集與待評估場景之間的相關(guān)系數(shù),對飛行器集群的射頻隱身性能進行定量評價,仿真實驗驗證了該評估方法的有效性。

2021年,高超等學(xué)者[133]提出了一種基于瞬時時寬帶寬積的LPI波形射頻隱身性能評估方法,從無源探測系統(tǒng)截獲原理與LPI信號波形時頻分布特性出發(fā),構(gòu)建了瞬時時寬帶寬積表征因子,并利用該方法對4種波形進行了仿真對比。仿真結(jié)果表明,所提方法對雷達LPI波形的射頻隱身性能具有良好的度量作用。同年,魏保華等學(xué)者[134]針對地空導(dǎo)彈武器平臺的射頻隱身問題,研究了其性能內(nèi)涵與度量問題,分別從輻射源自身與敵方截獲接收機對輻射信號的截獲性能出發(fā),構(gòu)建了地空導(dǎo)彈武器平臺單個輻射源射頻隱身性能的系列度量指標(biāo),并提出了武器平臺整體射頻隱身性能度量的綜合方法,從而為提升其戰(zhàn)場生存能力和實戰(zhàn)能力提供重要支撐。

2)最低輻射能量控制

最低輻射能量控制可以有效降低有源電子設(shè)備被敵方無源探測系統(tǒng)截獲的概率,是實現(xiàn)射頻隱身的主要技術(shù)途徑之一。雷達、數(shù)據(jù)鏈等有源電子設(shè)備發(fā)射機根據(jù)不同的工作模式和執(zhí)行任務(wù)的要求,自適應(yīng)地調(diào)節(jié)其發(fā)射功率,使雷達、數(shù)據(jù)鏈等采用低峰值功率或連續(xù)波發(fā)射,并盡可能地減少發(fā)射時間,從而降低敵方無源探測系統(tǒng)的截獲概率和截獲距離。

(1)搜索模式下的雷達輻射能量控制主要圍繞搜索時間、發(fā)射功率、波束編排、掃描方式等參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。1996年,美國的Duncan[135]研究了以最小化目標(biāo)搜索時間為目的的雷達波束編排方式,并分析了雷達搜索模式和系統(tǒng)參數(shù)對搜索性能的影響。1997年,英國的Billam[136]分析了雷達掃描方式和波位間距對雷達發(fā)射功率和搜索時間的影響,并進一步研究了發(fā)射功率和搜索時間之間的平衡問題。美國的Abdel-Samad等學(xué)者[137]通過優(yōu)化設(shè)計雷達波束形成和天線收發(fā)模式,提升了雷達系統(tǒng)在高斯白噪聲環(huán)境下對靜態(tài)目標(biāo)的搜索性能。2000年,徐斌等學(xué)者[138]提出了相控陣?yán)走_自適應(yīng)搜索算法,分析了搜索幀周期和目標(biāo)強度與平均發(fā)現(xiàn)一個目標(biāo)所消耗的雷達資源和平均搜索時間的關(guān)系,通過兩步搜索方法實現(xiàn)區(qū)域最優(yōu)搜索,降低了區(qū)域的搜索幀周期。2002年,美國的Zatman[139]提出了一種基于單個寬發(fā)射波束和多個窄接收波束的雷達目標(biāo)搜索算法,將目標(biāo)搜索和目標(biāo)跟蹤很好地結(jié)合起來。2003年,Matthiesen[140]研究了如何通過調(diào)整雷達波束指向、設(shè)計搜索時間和搜索空域來優(yōu)化目標(biāo)檢測性能,并分析了相應(yīng)的雷達資源消耗問題。同年,王雪松等學(xué)者[141]提出了基于波位編排的雷達搜索算法。周穎等學(xué)者[142]利用圖論提出了波位編排的邊界約束算法,從而解決了復(fù)雜空域中邊界的動態(tài)性和非線性難題;另外,他們還從最大化加權(quán)檢測概率的角度,提出了相控陣?yán)走_最優(yōu)搜索隨機規(guī)劃算法[143]。2005年,英國的Gillespie等學(xué)者[144]通過改變雷達脈沖重復(fù)周期和波束駐留時間,提升目標(biāo)搜索性能,并采用啟發(fā)式方法對波束掃描方式進行調(diào)度管理。2011年,張貞凱等學(xué)者[145]為了提高雷達射頻隱身性能,首次研究了基于射頻隱身的雷達搜索技術(shù),分析了波束寬度、平均發(fā)射功率和駐留時間對雷達搜索性能的影響,在保證一定檢測概率的前提下,使雷達能量消耗最小化,并采用帶精英策略的非支配排序遺傳算法對優(yōu)化模型進行求解。仿真結(jié)果表明,與現(xiàn)有算法相比,所提算法能夠在保證良好目標(biāo)檢測性能的條件下發(fā)射最少的能量。2014年,張杰等學(xué)者[146]基于無源探測系統(tǒng)的截獲概率,研究了雷達任務(wù)能力和目標(biāo)機動性能對波束駐留時間和波位間隔等參量的關(guān)系,并在目標(biāo)檢測性能和射頻隱身性能的約束下,建立了雷達系統(tǒng)最優(yōu)搜索控制模型。2015年,李寰宇等學(xué)者[147]提出了一種基于聯(lián)合截獲威脅的射頻隱身性能表征指標(biāo),在此基礎(chǔ)上,他們研究了聯(lián)合截獲威脅下的目標(biāo)搜索算法,從而更好地滿足機載雷達射頻隱身性能的多域設(shè)計要求。2020年,針對跟蹤任務(wù)搶占雷達總資源導(dǎo)致搜索性能下降的問題,劉一鳴等學(xué)者[148]考慮了雷達掃描過程中產(chǎn)生的波束展寬效應(yīng),提出了以空域覆蓋系數(shù)為優(yōu)化函數(shù)的資源受限時的搜索性能優(yōu)化模型,分別給出了波束寬度調(diào)整、觀測空域調(diào)整和波束寬度與觀測空域聯(lián)合調(diào)整3種方案,并通過仿真實驗對比了3種調(diào)整方案的搜索性能。針對雷達采取間歇輻射的射頻隱身管控措施,王亞濤等學(xué)者[149]以雙站測向交叉定位為例,研究了輻射時間比、測量誤差、導(dǎo)航誤差、基線長度、初始距離等因素與定位性能的影響關(guān)系。仿真結(jié)果表明,雷達采用較小的輻射時間比將使得測向交叉定位系統(tǒng)無法正常實現(xiàn)跟蹤收斂。2021年,王奧亞等學(xué)者[150]提出了一種機載靜默射頻噪聲掩護方法,通過干擾機向敵方雷達發(fā)射靜默噪聲干擾,提高敵方雷達接收機獲得的參考單元和檢測單元背景噪聲水平,從而使敵方雷達的檢測性能降低,同時避免射頻掩護電磁信號被敵方電子偵察設(shè)備截獲。同年,裴云等學(xué)者[151]借鑒電磁機動作戰(zhàn)的思想,從電磁作戰(zhàn)環(huán)境中機載有源相控陣?yán)走_與敵方電子偵察系統(tǒng)機動對抗的視角,分析了機載雷達射頻隱身與電磁機動的內(nèi)涵,探討了機載雷達射頻隱身的電磁機動敏捷性、電磁機動信息熵。在此基礎(chǔ)上,總結(jié)了3種空戰(zhàn)電磁機動策略及其對應(yīng)的電磁機動工作模式,從而進一步拓展了機載雷達電磁作戰(zhàn)研究的視野及思路。

(2)跟蹤模式下的雷達輻射能量控制主要圍繞重訪時間間隔、發(fā)射功率、波束駐留時間等參數(shù)開展研究。1990年,美國的Gilson[152]根據(jù)目標(biāo)的機動特性,建立了雷達跟蹤模式下的功率消耗與目標(biāo)跟蹤精度、重訪時間間隔及信噪比的函數(shù)模型。1993年,德國的Keuk等學(xué)者[153]研究了相控陣?yán)走_目標(biāo)跟蹤中的參數(shù)控制問題,通過優(yōu)化波束調(diào)度、信噪比和目標(biāo)檢測門限,達到最小化雷達輻射能量的目的。之后,美國的Daeipour等學(xué)者[154]采用IMM方法,提出了機動目標(biāo)跟蹤的自適應(yīng)重訪時間間隔算法,即在保證一定目標(biāo)跟蹤性能的條件下,選擇最大的重訪時間間隔對目標(biāo)進行跟蹤。然而,他們所提的算法并未考慮目標(biāo)跟蹤過程中的虛警和電子對抗措施(Electronic Counter Measures,ECM)問題,Blair等學(xué)者[155]在其基礎(chǔ)上研究了存在虛警和ECM情況下相控陣?yán)走_自適應(yīng)波束控制問題。Kirubarajan等學(xué)者[156]將目標(biāo)跟蹤與雷達資源管理結(jié)合起來,并建立了一種統(tǒng)一的框架。上述工作主要研究了相控陣?yán)走_在目標(biāo)跟蹤過程中的自適應(yīng)重訪時間間隔和發(fā)射功率控制問題,而Zwaga等學(xué)者[157]首次研究了目標(biāo)跟蹤過程中的雷達波束駐留時間問題,在滿足給定的目標(biāo)跟蹤性能要求的情況下,最小化相控陣?yán)走_的時間資源消耗。2005年,Kuo等學(xué)者[158]研究了相控陣?yán)走_波束駐留時間調(diào)度,從而提高了雷達系統(tǒng)效率。2010年,鑒福升等學(xué)者[159]通過對重訪時間間隔和駐留時間聯(lián)合控制,提出了基于IMM的電控掃描雷達資源分配算法。2012年,張貞凱等學(xué)者[160]針對基于射頻隱身的功率控制問題,提出了目標(biāo)跟蹤時的功率分級準(zhǔn)則。該準(zhǔn)則可在滿足一定檢測概率的前提下,根據(jù)RCS及其位置,實現(xiàn)功率的分級發(fā)射。李寰宇等學(xué)者[161]則研究了電波頻率對飛機射頻隱身性能的影響,分析了截獲距離與電波頻率之間的關(guān)系,指出通過改變電波頻率可以提高射頻隱身性能。2013年,劉宏強等學(xué)者[162]建立了單目標(biāo)跟蹤時機載雷達的射頻隱身優(yōu)化模型,實現(xiàn)了自適應(yīng)重訪時間間隔與發(fā)射功率的聯(lián)合控制。2015年,他們又提出了基于射頻隱身的雷達單次輻射能量控制算法[163],研究指出,雷達可根據(jù)目標(biāo)運動狀態(tài)及戰(zhàn)場態(tài)勢信息,自適應(yīng)地選擇最小功率策略或最小駐留策略對目標(biāo)進行跟蹤,從而實現(xiàn)最佳的射頻隱身性能。2017年,張貞凱等學(xué)者[164]提出了多目標(biāo)跟蹤時基于目標(biāo)特征的雷達自適應(yīng)功率分配算法,該算法基于IMM數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法與協(xié)方差控制的思想,根據(jù)目標(biāo)運動狀態(tài)及RCS的不同,在滿足給定目標(biāo)跟蹤精度要求的條件下,自適應(yīng)地分配雷達發(fā)射功率,同時提高了雷達可跟蹤目標(biāo)數(shù)量及其射頻隱身性能。2019年,張昀普等學(xué)者[165]研究了基于部分可觀測馬爾可夫決策過程的主/被動傳感器調(diào)度算法,以預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)跟蹤精度為約束,以最小化系統(tǒng)輻射代價為優(yōu)化目標(biāo),設(shè)計了一種改進分布式拍賣算法,對優(yōu)化模型進行求解,并進行仿真實驗驗證。2020年,Shi等學(xué)者[166]提出了多目標(biāo)跟蹤下面向射頻隱身的組網(wǎng)雷達輻射功率與信號帶寬聯(lián)合優(yōu)化分配算法,該算法在滿足給定多目標(biāo)跟蹤精度和系統(tǒng)輻射資源要求的條件下,通過對雷達節(jié)點選擇、輻射功率和信號帶寬進行聯(lián)合優(yōu)化,最小化組網(wǎng)雷達的總輻射功率,從而達到提升系統(tǒng)射頻隱身性能的目的。

MIMO雷達作為一種新興的雷達體制,已受到國內(nèi)外諸多學(xué)者的廣泛關(guān)注。2012年,漆楊[167]基于MIMO技術(shù)原理,從發(fā)射功率上對比了MIMO雷達與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_主瓣及副瓣的抗截獲性能,分別采用時頻分析技術(shù)和譜相關(guān)技術(shù)討論了MIMO雷達發(fā)射線性調(diào)頻信號與相位編碼信號時的抗識別性能,并基于時差定位技術(shù)分析了MIMO雷達的抗定位性能。理論推導(dǎo)與仿真實驗均表明,在保證相同探測能力的條件下,MIMO雷達具有比傳統(tǒng)相控陣?yán)走_更優(yōu)越的射頻隱身性能。2013年,蔡茂鑫等學(xué)者[168]分別從時域、頻域、空域和功率域等角度分析了影響MIMO雷達截獲概率的重要因素,并提出了針對集中式MIMO雷達的截獲概率計算模型。2014年,廖雯雯等學(xué)者[169]針對集中式MIMO雷達目標(biāo)跟蹤中的射頻隱身優(yōu)化問題,提出了基于射頻隱身的MIMO雷達目標(biāo)跟蹤算法,通過自適應(yīng)地調(diào)整天線劃分子陣數(shù)、駐留時間、平均發(fā)射功率和重訪時間間隔,優(yōu)化系統(tǒng)射頻隱身性能。楊少委等學(xué)者[170]則研究了目標(biāo)搜索模式下MIMO雷達的射頻隱身優(yōu)化算法。仿真結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)相控陣?yán)走_,在同樣的目標(biāo)跟蹤精度或探測性能條件下,MIMO雷達具有更好的射頻隱身性能。2022年,趙曉彤等學(xué)者[171]提出了低截獲單基地非均勻陣列MIMO雷達的改進MUSIC算法,通過對MIMO雷達匹配濾波后的接收信號進行降維處理、白化處理、時頻分析、時頻點篩選、正交聯(lián)合對角化等信號處理,實現(xiàn)了低信噪比、低信號持續(xù)時間下的輻射源方向角估計。

近年來,針對數(shù)據(jù)鏈的最低輻射能量研究也取得了一定的進展。2013年,楊宇曉等學(xué)者[172]針對數(shù)據(jù)鏈的射頻隱身問題,提出了基于空間信息的數(shù)據(jù)鏈最優(yōu)輻射能量控制算法,通過對發(fā)射功率和開機時刻優(yōu)化設(shè)計,以達到最小化數(shù)據(jù)鏈輻射能量的目的,并用混沌粒子群算法對優(yōu)化模型進行求解。之后,他們從數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)欠衲苓M行信息交互的角度,分別研究了基于射頻隱身的數(shù)據(jù)鏈合作功率控制方法和非合作功率控制方法[173]。2014年,王正海[174]針對戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的高速數(shù)據(jù)傳輸和射頻隱身問題,提出了數(shù)據(jù)鏈輻射時間、輻射功率和輻射波形聯(lián)合優(yōu)化控制算法,從而同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈的高速通信與射頻隱身。2015年,劉淑慧[175]分別從時域、頻域、空域、功率域及發(fā)射波形等角度分析了影響機載數(shù)據(jù)鏈射頻隱身性能的因素。謝桂輝等學(xué)者[176]根據(jù)通信距離和截獲距離等先驗信息,對編碼碼率、調(diào)制方式、消息序列長度、擴頻因子等通信信號參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計,以提升機載數(shù)據(jù)鏈的射頻隱身性能。文獻[177]則通過最大化通信信號發(fā)射時刻、工作頻率、波形等參數(shù)的不確定性,進一步提升數(shù)據(jù)鏈的抗分選識別能力。賀剛等學(xué)者[178,179]研究了基于博弈的數(shù)據(jù)鏈功率與速率聯(lián)合控制算法。2020年,楊宇曉等學(xué)者[180]提出了一種基于四維超混沌的射頻隱身跳頻通信設(shè)計方法,在四維超混沌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,利用超混沌系統(tǒng)生成的雙通道超混沌序列,實現(xiàn)了跳頻通信系統(tǒng)的頻率序列和周期序列聯(lián)合不確定設(shè)計方法。仿真結(jié)果表明,與傳統(tǒng)混沌系統(tǒng)相比,四維超混沌系統(tǒng)復(fù)雜度更低,在相同有限精度條件下,其周期性明顯減弱,且具有更優(yōu)的射頻隱身性能。

3)定向雷達天線設(shè)計

相控陣天線設(shè)計的好壞直接影響到雷達射頻隱身性能的優(yōu)劣。隨著近年來波束形成技術(shù)研究的進展,通過特定的波束形成算法,在保證雷達功能和作戰(zhàn)任務(wù)的前提下,自適應(yīng)地降低目標(biāo)方向的發(fā)射天線增益,或在截獲接收機方向形成波束零陷,可有效提高雷達的射頻隱身性能。

對此,國內(nèi)外學(xué)者和研究機構(gòu)進行了大量研究。2007年,胡夢中等學(xué)者[181]利用遺傳算法,實現(xiàn)了一維、二維和三維天線陣的超低副瓣多波束形成問題。2010年,劉姜玲等學(xué)者[182]通過分析正交激勵信號對陣列輻射能量及其低截獲性能的影響,分析了正交激勵下的陣列波束形成原理,并推導(dǎo)了等效陣列天線方向圖。仿真結(jié)果表明,所提陣列與常規(guī)陣列的主瓣寬度、副瓣電平、方向性系數(shù)等參數(shù)基本一致,從而驗證了該陣列的可行性。美國的Lawrence[183]提出了一種基于LPI的雷達發(fā)射波束形成算法,通過對低增益的方向圖進行加權(quán)合成,在不影響目標(biāo)檢測性能的條件下,降低了雷達峰值發(fā)射增益,從而極大地縮短了ESM的截獲距離,提升了雷達的LPI性能和戰(zhàn)場生存能力。2012年,李寰宇等學(xué)者[184]提出采用聯(lián)合截獲概率指標(biāo)評估飛機射頻隱身性能,計算了不同環(huán)境下天線波束的覆蓋區(qū)大小,并結(jié)合聯(lián)合截獲概率分析了天線波束寬度對飛機射頻隱身性能的影響。肖永生等學(xué)者[185]在分析機載雷達發(fā)射波束掃描方式對飛機射頻隱身性能影響的基礎(chǔ)上,提出了一種波束偽隨機捷變掃描算法。Wang等學(xué)者[186]提出了基于距離-角度信息的頻率分集陣列雷達波束形成算法,分析指出,與傳統(tǒng)相控陣?yán)走_相比,頻率分集陣列雷達具有更好的SINR性能和抗干擾、抗雜波特性。2013年,張貞凱等學(xué)者[187]針對機載雷達的射頻隱身問題,提出了基于射頻隱身的寬帶發(fā)射波束形成算法,該算法可根據(jù)目標(biāo)距離和RCS確定主瓣方向功率大小和工作陣元數(shù),并考慮敵方截獲接收機位置信息的角度誤差,對發(fā)射波束進行自適應(yīng)零陷設(shè)計。2014年,巴基斯坦的Basit等學(xué)者[188]在文獻[186]的基礎(chǔ)上,結(jié)合相控陣?yán)走_與認知雷達的特點,提出了一種認知發(fā)射波束形成算法,將雷達接收機對敵方截獲接收機距離和方位的估計反饋給雷達發(fā)射機,據(jù)此對發(fā)射天線方向圖進行加權(quán)合成,并利用遺傳算法進行求解。同年,李文興等學(xué)者[189]結(jié)合投影變換與對角加載技術(shù),提出了一種零陷展寬算法,該算法運算簡單,且具有較強的穩(wěn)健性,解決了現(xiàn)有算法在展寬零陷時零陷深度變淺、旁瓣升高的問題。2016年,Huang等學(xué)者[190]則將頻率分集思想應(yīng)用于集中式MIMO雷達中,提出了基于LPI性能的頻率分集MIMO雷達波束形成算法,該算法通過陣列權(quán)重設(shè)計,可最小化目標(biāo)位置處的能量并最大化雷達接收機處的能量,從而在保證雷達自身檢測概率的情況下降低無源探測系統(tǒng)的截獲概率。

然而,目前已有的自適應(yīng)波束形成文獻大都以相控陣?yán)走_為研究對象,雖然相控陣天線可以靈活地對空間進行波束掃描,但只能實現(xiàn)定向輻射而無法實現(xiàn)定點輻射。頻控陣天線可以很好地彌補相控陣?yán)走_的這個缺點[191,192]。2017年,Wang等學(xué)者[193]給出了基于頻控陣的射頻隱身雷達自適應(yīng)波束形成算法,通過對各陣元的頻偏進行編碼,使陣列的瞬時輻射功率在距離-方位角二維空間中盡可能均勻分布,并通過相位調(diào)制降低發(fā)射信號被敵方無源探測系統(tǒng)截獲的概率,在接收端恢復(fù)出高增益的發(fā)射陣列方向圖。2020年,Chen等學(xué)者[194,195]提出了基于4-D天線陣列的LPI系統(tǒng)發(fā)射波束形成算法,能夠充分發(fā)揮MIMO陣列與相控陣的優(yōu)勢,利用時間調(diào)制策略同時提升目標(biāo)探測與LPI性能。2021年,竇山岳等學(xué)者[196]針對飛行器高度表在多普勒波束銳化(Doppler Beam Sharpening,DBS)模式下的射頻隱身需求,設(shè)計了基于頻控陣的DBS高度表,分析了頻控陣陣元間頻率增量、脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度等參數(shù)對DBS工作模式的影響,建立了基于頻控陣的DBS高度表射頻隱身優(yōu)化模型。仿真結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)相控陣和MIMO陣列,基于頻控陣的DBS高度表具有更優(yōu)越的射頻隱身性能。

4)射頻隱身信號波形設(shè)計

射頻隱身信號波形設(shè)計不僅要滿足一定的雷達性能和作戰(zhàn)任務(wù)要求,還要保證雷達發(fā)射信號波形的抗檢測、抗分選識別性能,這是射頻隱身信號波形設(shè)計與基于參數(shù)估計和分辨理論的雷達信號波形設(shè)計方法及基于信息論的雷達信號波形設(shè)計方法的最大不同之處。射頻隱身信號波形設(shè)計的實質(zhì)是在滿足雷達功能和性能要求的基礎(chǔ)上,設(shè)計具有射頻輻射峰值功率低、信號時頻域不確定性大的雷達信號波形。

根據(jù)現(xiàn)有文獻,目前射頻隱身信號波形設(shè)計主要集中在偽隨機編碼連續(xù)波信號波形設(shè)計、頻率跳變波形設(shè)計、相位編碼波形設(shè)計、具有超低旁瓣的波形設(shè)計及混合波形設(shè)計等方面。2003年,Sun等學(xué)者[197]分別研究了超寬帶信號和隨機信號的特點,并將兩者結(jié)合,提出了一種超寬帶隨機混合信號,提升了雷達檢測性能和參數(shù)估計性能,同時借助于信號參數(shù)的隨機性,有助于提升雷達信號的低截獲特性。2004年,Witte等學(xué)者[198]研究了超低旁瓣雷達信號波形,該非線性調(diào)頻信號具有-70dB的旁瓣,但對多普勒頻移十分敏感。2005年,Dietl等學(xué)者[199]針對雙通道信道模型,研究了基于波束形成和空時分組編碼的混合波形設(shè)計方法,并分析比較了最優(yōu)線性預(yù)編碼和正交空時分組編碼的信噪比。2008年,法國的Kassab R等學(xué)者[200]提出了準(zhǔn)連續(xù)波雷達的模糊函數(shù)和信號波形設(shè)計算法,較好地解決了準(zhǔn)連續(xù)波雷達回波信號的遮蔽問題。然而他們均未對所設(shè)計波形的低截獲特性進行理論上的分析和仿真驗證。2010年,Geroleo等學(xué)者[201]研究了基于線性調(diào)頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulation Continuous Wave,LFMCW)雷達信號的低截獲性能。

近年來,我國學(xué)者通過波形組合方法設(shè)計了一系列具有射頻隱身特性的雷達信號波形。2001年,孫東延等學(xué)者[202]提出了一種將三相編碼和線性步進調(diào)頻相結(jié)合的混合雷達波形,不僅克服了相位編碼對多普勒頻移的敏感性,還降低了信號的截獲概率。2002年,姬長華等學(xué)者[203]根據(jù)LPI雷達信號的特點,分析了信號的相關(guān)函數(shù)和模糊函數(shù),并介紹了混合信號設(shè)計與綜合的基本原理,為射頻隱身雷達信號的工程應(yīng)用指明了方向。程翥[204]則分析了施里海爾截獲因子與雷達信號參數(shù)的關(guān)系,探討了直接序列擴頻信號在低截獲性能方面的不足,并提出了一種具有大時寬帶寬積的雷達信號。仿真結(jié)果表明,具有大時寬帶寬積的信號可有效降低敵方無源探測系統(tǒng)的截獲概率。2004年,Hou等學(xué)者[205]分析了雙曲跳頻-巴克碼雷達信號的自模糊和互模糊函數(shù),并通過仿真實驗驗證了該信號的低截獲特性。2006年,張艷芹等學(xué)者[206]研究了基于線性調(diào)頻和Taylor四相編碼的混合調(diào)制雷達信號,分析了該信號的距離分辨率、速度分辨率和低截獲性能,指出所設(shè)計的信號是具有“圖釘型”模糊函數(shù)的LPI信號。2007年,武文等學(xué)者[207]提出了基于正切調(diào)頻與二相巴克碼的混合調(diào)制雷達信號設(shè)計方法,并對該信號的頻譜旁瓣進行了抑制,但未定量地分析其低截獲性能。2008年,林云等學(xué)者[208]利用步進頻率雷達信號高距離分辨率的特點,提出了一種參差脈沖重復(fù)間隔步進頻率信號,并分析了該信號的處理流程和LPI特性。2009年,郭貴虎等學(xué)者[209]針對頻移鍵控(Frequency Shift Keying,F(xiàn)SK)信號和相移鍵控(Phase Shift Keying,PSK)信號的高分辨率、大時寬帶寬性、抗干擾性和低截獲性,設(shè)計了一種新的FSK/PSK混合信號。仿真結(jié)果表明,該混合信號具有良好的距離速度分辨率和測距測速性能,相比單一FSK或PSK信號,其低截獲性能得到了較大提升。

2011年,楊紅兵等學(xué)者[210]在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,提出了基于對稱三角線性調(diào)頻連續(xù)波(Symmetrical Triangular Linear Frequency Modulation Continuous Wave,STLFMCW)的雷達信號,設(shè)計了該信號的實現(xiàn)原理及處理流程,并采用施里海爾截獲因子分析了具有不同距離分辨率STLFMCW的射頻隱身性能。研究結(jié)果表明,該信號具有良好的目標(biāo)分辨率和運動目標(biāo)參數(shù)估計能力,且具有較大的時寬帶寬積,其截獲因子小于1,同時,其射頻隱身性能優(yōu)于脈沖多普勒雷達信號。文獻[211]設(shè)計了一種基于噪聲調(diào)制的STLFMCW雷達信號,指出可通過增加信號帶寬、控制信號發(fā)射功率提高其射頻隱身性能。考慮到在調(diào)頻信號中引入PSK可進一步增加發(fā)射信號的脈沖壓縮比和信號的隨機性,文獻[212]提出了一種Costas/PSK混合雷達信號波形,通過分析其截獲因子及功率譜密度,發(fā)現(xiàn)該信號的射頻隱身性能相比單一Costas或PSK信號得到了明顯提升。

上述文獻探討的射頻隱身雷達信號雖然具有較大的時寬帶寬積,但信號參數(shù)及編碼形式比較單一,易被敵方截獲接收機截獲、分選、識別。2011年,為了提升雷達信號參數(shù)及編碼形式的復(fù)雜性,增大敵方無源探測系統(tǒng)對我方雷達信號截獲、分選、識別的難度,黃美秀等學(xué)者[213]分析了編碼調(diào)頻信號的射頻隱身性能,該信號頻率跳變隨機性較強,跳變序列變化多樣,同時具有大的時寬帶寬積,還可在脈間發(fā)射正交編碼的跳頻序列,大大增加了截獲接收機的處理難度。2016年,肖永生等學(xué)者[214]設(shè)計了一種基于最優(yōu)匹配照射接收機理論和序貫假設(shè)檢驗的射頻隱身雷達信號。仿真結(jié)果表明,該信號可以降低雷達照射次數(shù)、降低發(fā)射功率,從而提升雷達的射頻隱身性能。2018年,馬晨曦[215]提出了基于復(fù)合調(diào)制的低截獲雷達通信一體化波形設(shè)計方法,脈間采用通信符號加載的巴克碼進行調(diào)制,脈內(nèi)采用線性調(diào)頻形式,仿真實驗驗證了所設(shè)計波形的探測性能和射頻隱身性能。

2019年,付銀娟等學(xué)者[216]設(shè)計了脈間Costas頻率編碼與脈內(nèi)非線性調(diào)頻復(fù)合雷達信號,通過理論分析,得到了信號的模糊函數(shù)、功率譜、峰值旁瓣電平等參數(shù),并驗證了該復(fù)合信號具有比非線性調(diào)頻信號、Costas信號及線性調(diào)頻-Costas復(fù)合信號更優(yōu)的射頻隱身性能。隨后,他們又針對雷達射頻隱身波形設(shè)計中的復(fù)雜調(diào)制問題[217],通過脈間復(fù)合調(diào)頻增加信號的時頻復(fù)雜度,采用脈內(nèi)多相碼調(diào)相增加信號的相位隨機性,提出了脈間復(fù)合調(diào)頻脈內(nèi)相位編碼雷達信號設(shè)計方法。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的信號具有近似“圖釘型”的模糊圖,功率譜峰值低于-10dB,表現(xiàn)出良好的射頻隱身性能。同年,張然等學(xué)者[218]提出了基于混沌理論的低截獲概率通信波形設(shè)計方法,分析了混沌系統(tǒng)不同初值和分支參數(shù)對通信系統(tǒng)抗截獲性能的影響,并給出了LPI性能最佳的調(diào)制解調(diào)方案和信道編碼方式。

2020年,孫巖博等學(xué)者[219]提出了基于隨機化調(diào)制的射頻隱身波形,將多種調(diào)制信號作為恒包絡(luò)調(diào)制集合,根據(jù)混沌序列產(chǎn)生的調(diào)制圖案對信息序列進行隨機化調(diào)制,使其輸出波形不存在固定可檢測的信號特征。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計波形的特征參量具有可變性,其識別概率低于20%且獨立于信噪比無規(guī)律動態(tài)變化,呈現(xiàn)出優(yōu)越的射頻隱身性能。

2021年,張巍巍等學(xué)者[220]提出了面向射頻隱身的組網(wǎng)雷達多目標(biāo)跟蹤波形優(yōu)化設(shè)計方法,在滿足預(yù)先設(shè)定的多目標(biāo)跟蹤性能要求的條件下,通過優(yōu)化設(shè)計各雷達發(fā)射波形,最小化組網(wǎng)雷達的總輻射能量,并采用拉格朗日乘子法結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)粒子群算法對優(yōu)化模型進行求解。仿真結(jié)果表明,與線性調(diào)頻信號相比,所提方法能夠在保證同等多目標(biāo)跟蹤性能的情況下,有效降低雷達系統(tǒng)的總輻射能量,從而提升其射頻隱身性能。

2022年,賈金偉等學(xué)者[221]對射頻隱身雷達波形設(shè)計技術(shù)進行了述評,重點分析了復(fù)合信號、信號參數(shù)廣泛隨機變化、優(yōu)化算法3種射頻隱身波形設(shè)計方法,總結(jié)了波形設(shè)計問題中的難點和挑戰(zhàn),并對未來射頻隱身波形設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向進行了展望。

5)多傳感器協(xié)同與管理

從信息獲取的角度來看,傳感器探測是獲取空間、空中、海面、地面目標(biāo)的重要手段。信息化戰(zhàn)爭中應(yīng)用的各類傳感器眾多,覆蓋范圍廣泛,可將多傳感器通過特定的協(xié)議與通信網(wǎng)絡(luò)連接成一個有機整體,根據(jù)傳感器已提供的先驗信息及戰(zhàn)場態(tài)勢的發(fā)展,實現(xiàn)多傳感器協(xié)同與綜合管理,從而獲得更多、更新的戰(zhàn)場信息。

近年來,該領(lǐng)域取得了豐富的研究成果。1993年,美國的Deb S等學(xué)者[222]提出了一種針對異類傳感器的多傳感器多目標(biāo)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法。該算法將有源傳感器和無源傳感器同一時刻的量測數(shù)據(jù)進行融合處理,并對不同目標(biāo)的量測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),從而得到更優(yōu)的目標(biāo)跟蹤性能。1996年,Hathaway等學(xué)者[223]建立了一種異類模糊數(shù)據(jù)融合模型,為不同傳感器數(shù)據(jù)的集成、處理和解算提供了統(tǒng)一的框架。2001年,Challa等學(xué)者[224]提出了一種基于雷達和ESM的目標(biāo)聯(lián)合跟蹤與分類算法,將雷達與ESM的量測數(shù)據(jù)進行融合,以獲得較高的目標(biāo)跟蹤精度和分類識別性能。2005年,Mhatre等學(xué)者[225]針對異類傳感器的使用時長,研究了不同網(wǎng)絡(luò)部署形式下的資源消耗問題,在滿足監(jiān)視區(qū)域內(nèi)目標(biāo)檢測性能要求的條件下,通過最小化異類傳感器資源消耗,使得傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用時長最大化。2009年,Lázaro等學(xué)者[226]針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器選擇問題,提出了一種最優(yōu)傳感器子集選擇算法,在保證一定目標(biāo)系統(tǒng)性能和資源約束的情況下,從網(wǎng)絡(luò)中選擇最優(yōu)的傳感器子集對目標(biāo)進行探測,使得目標(biāo)探測性能最佳。

我國學(xué)者也對多傳感器協(xié)同與管理進行了深入研究。2004年,吳劍鋒等學(xué)者[227]闡述了多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)的工作原理、融合結(jié)構(gòu)及其功能模型、融合方法等,為多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)在組網(wǎng)雷達系統(tǒng)中的應(yīng)用指明了方向。2007年,王建明等學(xué)者[228]分析了艦載雷達與ESM各自的特點及優(yōu)勢,提出了雷達與ESM協(xié)同探測方法,采用ESM引導(dǎo)雷達對目標(biāo)進行探測與定位,從而縮短了雷達搜索目標(biāo)的時間,將兩者進行數(shù)據(jù)融合還可提高角測量精度。

現(xiàn)代戰(zhàn)機機載傳感器功能眾多,對平臺上的各類傳感器在時域、頻域和空域上進行協(xié)同與綜合管理,通過單平臺無源傳感器或者機間數(shù)據(jù)鏈的引導(dǎo)、多平臺信息融合,在滿足平臺任務(wù)性能要求的條件下,最大限度地減少機載雷達、數(shù)據(jù)鏈等射頻輻射,從而降低被敵方無源探測系統(tǒng)截獲的概率。2011年,吳巍等學(xué)者[229-232]基于協(xié)方差控制方法,研究了機載雷達、紅外傳感器、ESM協(xié)同跟蹤與管理算法,主要貢獻在于充分利用了機載雷達、紅外傳感器與ESM等多源傳感器的優(yōu)勢,對目標(biāo)進行融合濾波跟蹤。仿真結(jié)果表明,機載多傳感器協(xié)同控制能夠提高戰(zhàn)斗機的射頻隱身性能,保障戰(zhàn)斗機的戰(zhàn)場生存能力。同年,為提高組網(wǎng)火控雷達的射頻隱身性能,熊久良等學(xué)者[233]提出了基于紅外傳感器協(xié)同的組網(wǎng)雷達間歇式目標(biāo)跟蹤算法,充分利用紅外傳感器獲得的量測數(shù)據(jù)對目標(biāo)進行跟蹤,以減少雷達的開機時間。劉浩等學(xué)者[234]針對機載雷達和無源傳感器量測數(shù)據(jù)不同步的問題,研究了基于自適應(yīng)變量非線性量測最優(yōu)線性無偏濾波的有源/無源數(shù)據(jù)融合方法,提高了系統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤精度。

2012年,薛朝暉等學(xué)者[235]以雙機編隊為研究對象,研究了機載雷達與紅外傳感器的協(xié)同管理問題,通過雷達輻射控制因子調(diào)節(jié)目標(biāo)誤差協(xié)方差門限的大小,以控制雷達開關(guān)機狀態(tài)和目標(biāo)跟蹤精度。同年,吳巍等學(xué)者[236]提出了一種基于協(xié)方差的機載多傳感器管理與輻射控制方法,在此基礎(chǔ)上,利用基于擴展卡爾曼濾波和IMM的主被動序貫濾波算法對目標(biāo)進行跟蹤,給出了機載多傳感器管理和濾波流程,并通過仿真實驗對比了不同輻射控制門限下機載多傳感器的跟蹤性能和雷達輻射情況。劉學(xué)全等學(xué)者[237]提出了基于多傳感器協(xié)同的雷達猝發(fā)控制技術(shù),并將其應(yīng)用于導(dǎo)彈制導(dǎo)過程中,從而大大縮短了雷達開機時間。

2014年,Zhang等學(xué)者[238]提出了一種基于目標(biāo)運動特征的有源/無源傳感器選擇算法。首先,改進了IMM粒子濾波目標(biāo)跟蹤算法;然后,根據(jù)目標(biāo)運動的機動性和運動狀態(tài)的不確定性,實時控制雷達工作狀態(tài)及開機時刻,從而保證目標(biāo)跟蹤精度。仿真結(jié)果表明,所提算法不僅可保證良好的目標(biāo)跟蹤性能,還能大幅度降低雷達開機次數(shù),從而提升了雷達的射頻隱身性能。同年,Chen等學(xué)者[239]針對四機編隊中的雷達輻射控制問題,提出了基于到達時差(Time Difference Of Arrival,TDOA)無源協(xié)同的機載雷達輻射控制算法,根據(jù)預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)跟蹤精度門限,控制機載雷達輻射狀態(tài):當(dāng)目標(biāo)跟蹤精度協(xié)方差矩陣的跡小于設(shè)定門限時,機載雷達關(guān)機,系統(tǒng)采用TDOA算法對目標(biāo)進行無源跟蹤;當(dāng)目標(biāo)跟蹤精度協(xié)方差矩陣的跡大于設(shè)定門限時,機載雷達開機對目標(biāo)進行有源跟蹤。周峰等學(xué)者[240]提出了一種有源雷達輔助的無源傳感器協(xié)同探測跟蹤算法,該算法引入模糊理論,利用新息方差和量測誤差協(xié)方差作為模糊控制量,實時控制有源雷達的工作狀態(tài)。仿真結(jié)果表明,所提算法能夠滿足目標(biāo)跟蹤精度要求,較好地實現(xiàn)了對有源雷達和無源傳感器的控制,縮短了有源雷達的開機時間,提升了系統(tǒng)的射頻隱身性能。

2015年,吳衛(wèi)華等學(xué)者[241]研究了雜波環(huán)境下機載雷達輔助無源傳感器的機動目標(biāo)跟蹤問題,所提算法考慮了地球曲率和飛機姿態(tài)變化等因素對目標(biāo)跟蹤性能的影響,聯(lián)合IMM算法和概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)(Probabilistic Data Association,PDA)算法,根據(jù)預(yù)測誤差協(xié)方差矩陣的跡來控制雷達開關(guān)機。分析指出,通過調(diào)整跟蹤精度控制門限,不僅減小了機載雷達輻射能量,提升了飛機射頻隱身性能,還有效保證了雜波環(huán)境下的目標(biāo)跟蹤精度。

2019年,龐策等學(xué)者[242]針對目標(biāo)檢測背景下的傳感器資源受限問題,提出了基于風(fēng)險理論的主動傳感器管理算法,在建立目標(biāo)檢測模型與傳感器輻射模型的基礎(chǔ)上,將“檢測風(fēng)險”與“輻射風(fēng)險”之和作為系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù),并提出了基于多智能體的分布式優(yōu)化方法對傳感器管理模型進行求解。同年,針對傳統(tǒng)引導(dǎo)搜索方法難以解決數(shù)據(jù)鏈多拍引導(dǎo)信息搜索的問題,賴作鎂等學(xué)者[243]提出了在任務(wù)性能約束下傳感器協(xié)同輻射控制方法,首先推導(dǎo)了多拍引導(dǎo)信息與累計發(fā)現(xiàn)概率、累計截獲概率之間的關(guān)系,然后引入馬爾可夫決策過程對傳感器協(xié)同搜索與跟蹤進行建模,從而實現(xiàn)雷達系統(tǒng)的射頻隱身性能優(yōu)化。

2020年,針對現(xiàn)有輻射控制條件下多傳感器協(xié)同探測無法隨戰(zhàn)場態(tài)勢變化實現(xiàn)既降低被截獲概率又達到預(yù)定探測性能閾值的問題,張宏斌等學(xué)者[244]提出了一種直升機多機傳感器協(xié)同探測方法,以探測精度和被截獲概率為約束條件,構(gòu)建了直升機多機傳感器協(xié)同探測流程,該方法根據(jù)約束條件分別采用雷達與紅外協(xié)同探測和雙紅外協(xié)同探測模式,并給出了相應(yīng)的信息融合算法。同年,喬成林等學(xué)者[245]提出了面向協(xié)同檢測與跟蹤的多傳感器長時調(diào)度方法,首先,建立了基于部分馬爾可夫決策過程的目標(biāo)跟蹤與輻射控制模型;然后,以隨機分布粒子計算新生目標(biāo)檢測概率,以PCRLB預(yù)測目標(biāo)長時跟蹤精度,以隱馬爾可夫模型濾波器推導(dǎo)長時輻射代價,構(gòu)建了新生目標(biāo)檢測概率和已有目標(biāo)跟蹤精度約束下的輻射控制長時優(yōu)化函數(shù);最后,采用基于貪婪搜索的分支界定算法求解最優(yōu)調(diào)度序列,仿真實驗驗證了所提算法的有效性。

主站蜘蛛池模板: 沐川县| 桐城市| 田东县| 平潭县| 塔河县| 合山市| 东乌| 冷水江市| 吴川市| 安阳市| 海盐县| 西丰县| 湾仔区| 荥经县| 瑞昌市| 阿拉善右旗| 五大连池市| 达尔| 宿州市| 边坝县| 平武县| 枞阳县| 阆中市| 恭城| 威信县| 额济纳旗| 吐鲁番市| 石狮市| 黔江区| 台东县| 平定县| 灯塔市| 海门市| 苏尼特右旗| 陈巴尔虎旗| 隆德县| 嘉义市| 武功县| 海林市| 平和县| 永丰县|