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1、第3 5 卷，增刊红外与激光工程嬲年1 0 月V b l 3 5S u p p l e r n e n tI n f r l r 酣a n dL a S e rE n g i n e e r i I l go c t 2 0 0 6红外、雷达协同探测跟踪模型贺有(炮兵学院南京分院，江苏南京2 1 1 1 3 2)摘要：雷达一直是战场进行目标跟踪识别的重要传感器，但是由于雷达在工作时要向空中辐射大功率电磁波，因而易遭受“电子对抗、反辐射导弹、隐身飞机和超低空突防”这“四大威胁”的攻击。和雷达不同，红外探测系统通过接收目标辐射源的电磁辐射进行探测和定位，因而不易被侦察或定位，具有强的抗干扰能力；此
2、外，红外系统还可以获得目标的图像特征可进行目标识别。红外、雷达配合使用可成为相互独立又彼此补充的探测跟踪手段，本文中给出了红外探测系统与雷达协同探测的目标跟踪仿真模型。关键词：雷达；目标跟踪；红外图像；仿真模型中圈分类号l1 N 2 1 9文献标识码：A文章编号：1 0 0 7 2 2 7 6(2 0 0 6)增D 一0 3 0 6 0 6S i m u l a t i o nm o d e lf o rc o m b i n a t o r i a ld e t e c t i n ga n dt r a c l【i n gp r o c e s so fI Ra n dr a d a rD
3、 r 0 C e S S0 Il Ka n nr a n a rH EY o ui n gA r 6 u e r yA c a d c m y N 缸j i n g2 1 1 1 3 2，a I A b s t r a c t：己s e n s o r sd e t e c t i n gi nc o o r d i n a t i o nw i t l lr a d a ri san e wt r e n di I le a d y w 锄i I l gd e t e c t i n gs y s t e m s R a d 2 u ra n dI Rs e n s o ra r el i
4、I I l i t e di nr e s p e c t i v ea s p e c t s，h o w e v e r t l l ec O m b i n a t i o nu t i l i z a t i o no fr a d a ra I l dI Rs e n s o rc a nm a k es i g I l i f i c a n td i 虢r e n c ei nm ed e t e c t i n gc 印a b i l i t y M o r e o V e r，ab e 纰rp 玎e c i s i o na I l di n l p r o V e ds u
5、 i V a b i l i 够c o u l db ed e r i V e df o rs u c hac o m b i I l a t i o n T h es i I t l u l a t i o nm o d e lf o rt l l ed e t e c t i n g 龃d 仃a c k i I l gp m c e s so fs u c hac o m b i n a t i o ni sg i V e n K e yw o r d s：R a d a r；T a 玛e t 仃a c k i n g；圳 珈伽i l n a g e；S i l I l u l a t i
6、 o nm o d e l0引言有源雷达一直是战场进行目标跟踪识别的重要传感器，但是由于雷达在工作时要向空中辐射大功率电磁波，因而易遭受“电子对抗、反辐射导弹、隐身飞机和超低空突防”这“四大威胁”的攻击。和雷达不同，红外探测通过接收目标辐射源的电磁辐射进行探测和定位，因而不易被侦察或定位，具有强的抗干扰能力；此外，红外系统还可以获得目标的图像特征可进行目标识别。红外已成为重要的被动探测手段。但是，红外也有其缺点，而红外、雷达配合使用可成为相互独立又彼此补充的探测跟踪手段。红外传感器的正确使用，蛐日期l2 0 0 昏0 8 一1 4作者筲介t 贺有(1 9 6 5)，男，山西运城人，副教授，主要
7、从事情报侦察指挥方面的研究。万方数据增刊贺有等：红外、雷达协同探测跟踪模型可有效提高系统对目标的探测精度，并减少雷达的电磁辐射时间，从而使系统降低对敌方干扰的脆弱性，提高系统可靠性和正确性。具体体现在【1 2】：(1)雷达对远距离目标进行搜索，一旦发现目标，可为红外传感器提供目标的方位，红外传感器根据雷达的指示，当目标进入探测区域后，对目标进行识别跟踪；(2)红外传感器对近距离内的目标进行搜索，并对发现的目标进行识别，确定需要跟踪的目标，一旦确定了目标之后，就引导或指示雷达网中的合适雷达迅速跟踪目标：(3)当雷达保持无线电静寂或受到敌方干扰而不能工作时，红外传感器可独立地进行搜索、探测和跟踪。
8、1红外探测系统对冒达进行引导红外探测系统对雷达的引导的时间一般有两种：(1)正常引导，红外探测系统在解算得到目标位置之后，迅速解算出被引导的雷达视域中心的方位，由于雷达本身具有一定的视域范围，其引导精度预计比较理想。红外探测系统对雷达网进行引导的方式有静态引导和动态引导两种方式。正常引导方式比较简单，因此系统的反应能力也较高。(2)异常引导，是当红外系统异常的情况下(干扰、通信故障等)，将红外探测系统已经检测到且跟踪的目标转交给雷达处理，因此在一般情况下简单的静态引导不能提供满意的成功引导概率，尤其是当红外系统的定位误差较大时，成功引导概率将会更低，因此雷达需要对红外系统的整个视域进行搜索，即
9、红外对雷达网进行动态的引导，以获得一个满意的成功引导概率。红外探测系统对雷达动态引导的基本过程是：按照对成功引导概率只，。贡献最大的原则出发，指示雷达网中最优雷达进行跟踪；在红外的引导下，雷达的视域中心应首先对准痧，并在该方位对应的俯仰方向进行搜索，然后再依次向左右方向搜索。2 红外、冒达多传感器跟踪模式共有三种跟踪模式：模式1 主要适用于目标相对于雷达背向飞行的情况。当目标相对于雷达背向飞行时，该目标的威胁等级比较低，因此可以放宽对该目标的跟踪要求，只要指派一部雷达对其进行跟踪，并且进行跟踪的雷达只需分配有限的几次雷达辐射给该目标就可以了。模式2 主要适用于目标相对于雷达相向飞行且处于较远距
10、离时的情况。当目标相向飞行时其威胁等级较高，但由于处于较远距离上，跟踪要求不高时，也可以只指派一部雷达进行跟踪，被指派雷达采用等间隔辐射这种较简单的辐射控制方式。模式3 主要适用于目标相向飞行且处于较近距离上时的情况。在这种情况下，目标的威胁等级最高，因此需要根据情况指派多部雷达对其进行跟踪，并且被指派雷达的辐射应该根据跟踪的要求进行实时的控制。图l 所示为雷达和红外综合工作的基本过程。在红外探测系统探测到敌方红外辐射源并测得目标的方位信息以后，就计算出雷达网中合适的雷达进行跟踪，并对该雷达进行引导，雷达开机并在被动传感器指向视域内进行搜索，当截获目标以后，对目标航迹进行起始；为了尽可能地降低
11、我雷达辐射被敌方电子侦察设备截获的概率，在对目标航迹快速起始以后，雷达马上关机，由红外探测系统对目标继续进行跟踪。但是红外探测系统在对目标进行跟踪滤波时要解决滤波发散和航迹断续(无辐射信号)的问题，因此经过一段时间以后，雷达按照一定的要求(或者规则)再进行一次(或者多次)辐射，以对目标跟踪进行修正，当目标跟踪效果到达要求时雷达再次关机，如此反复，其基本要求是在满足一定的跟踪效果要求的前提下尽可能地压缩雷达的工作时间，从优化理论的角度来讲就是要满足以下的式子：万方数据红外与激光工程：光电信息处理技术第3 5 卷J 幽I(1)【J J 肘刁式中：丁为雷达辐射总时间(也可以是雷达辐射的次数)：M 为
12、雷达跟踪效果的指标；7 7 为指标须满足的要求。红外系统探测到敌方辐射源0红外探测系统对雷达进行引导计算合适的跟踪雷达0陂指派的雷达对目标进行搜索、截获图1红外探测系统和雷达综合跟踪结构示意图F i g 1h 嘲即t e d 溅gs 仇】【c t u r e f b r m 柚d r a d a r 万方数据增刊贺有等：红外、雷达协同探测跟踪模型当雷达网中的雷达采取不同的跟踪模式时，需要对雷达辐射源进行控制。根据以上的跟踪模式，主要有三种控制方式：有限次数辐射控制、等间隔辐射控制、实时辐射控制。有限次数辐射控制设对目标进行跟踪的时间为r，在此时间段内，红外探测系统进行次测量，而雷达由于其电磁辐
13、射受到限制，只能进行M 次测量，假设该系统进行测量的起始参考时间为f。，对雷达的辐射规划也就是要得出雷达辐射的最佳时刻f 互，互，锄)，使得费歇尔信息矩阵(F I M)的行列式最大，即：互，互，)_ 哪m a X(d e t(托M(k)矗”，t f lF 蹦的行列式的计算如下：d e t(删)=d e t，(删(彳，f。，r)+d e t：(删p，r)o 一f _ s ro t s I s r融z(删功=币麦怄羡r。)2【+双“+m“)2】2(2)(3)(4)d e t 3(肋(t 船)-去m。f。吖潮2(5)式中：矽为方位角的变化率；尺为在参考时间为。时刻观察者和目标之间的距离。表1 所示为
14、有限次数雷达辐射在时间上的规划。裹l 达辐射规划T a b 1R 矗d a rr a d i a t i o np r o g r j 射m m i n g雷达辐射次数雷达辐射规划t=0；f 2=rt=0；=l；f 3=r 或者五=0；f 2=r 一1：弓=rf I=0；f 2=l；毛=r l；f=rf I=O；f 2=1；毛=2；f=r l；弓=r 或者五=O；吒=l；毛=r 一2；f=r l；弓=2 等间隔辐射控制雷达进行等间隔辐射是最简单的辐射控制方式，其辐射间隔是离线计算的，计算所要求的辐射间隔的主要步骤如下：(1)在雷达对目标航迹起始以后，根据红外探测系统对目标身份的判断以及战斗要求
15、，确定所需要对目标进行跟踪的时间丁；(2)假设红外探测系统测量间隔为，则在时间r 内，红外探测系统测量次数为：r咒=一缸(3)假定雷达等间隔辐射的间隔长度为D，则在时间r 内，雷达辐射次数为：万方数据3 1 0红外与激光工程：光电信息处理技术第3 5 卷m=二(7)碌A D(4)采用圆概率跟踪误差(C E P)来作为评判跟踪效果的标准：d=o 7 5+碍+(8)式中：吒、q、吒分别为雷达在工、y、z 方向上对目标的测量误差的均方差，假设测量误差服从高斯分布的。(5)在主动雷达等间隔辐射的情况下，其辐射控制的基本要求是在满足一定的跟踪效果要求的情况下使得主动雷达辐射间隔D 最大化，即公式(1)可
16、以改写为以下的形式：等c 式中：蹿为跟踪误差所要达到的一定指标。在利用雷达等间隔辐射控制的方法进行雷达网的管理和综合时，主动雷达的辐射间隔是预先计算好的，即根据不同的目标类型、目标距离、战斗需要等各种因素，利用公式(6)一(9)的方法，计算出雷达辐射所能够达到的最大间隔。实时辐射控制雷达是否发射电磁波主要由系统对目标跟踪的实时效果评估来决定，如图2 所示。用目标状态信息量J 来表征对目标跟踪的效果。当目标的不确定性越大时，该目标对观察者来讲其状态信息量越大，反之，状态信息量越小，因此对目标跟踪的要求就是要使得状态信息量低于某一个指标。目标状态信息量的表达式为：，刊I P(气l&)(1 0)式中
17、：P(气I 气)表示气时刻得到更新的目标误差协方差矩阵，P(气l 气)表示P(气I 气)的范数。图2 雷达辐射实时控制示意图F i 9 2R e a l t i m ec o r l 仃o ln o wf b rr a d a rm d i a t i o n确定了对目标状态信息量的计算方法后，在对目标跟踪的过程中可以在各个气时刻根据公式(1 0)实时计算出目标状态信息量，并根据目标状态信息量的大小来决定是否需要雷达对目标进行探测。假设叩为判断目标状态信息量是否符合要求的一个门限，则当，刀时，说明此时对目标状态的估计满足要求，此时雷达可以不 万方数据增刊贺有等：红外、雷达协同探测跟踪模型3 1
18、 1对外辐射电磁波，当，叩时，说明此时对目标状态的估计不满足要求，其状态估计进行修正。门限7 7 可以表示如下：刁=训足(酬因此需要雷达对目标进行测量，以对式中：R(足)为多传感器系统对目标测量的误差协方差矩阵；名为辐射控制比例因子；名的大小反映了对目标跟踪精度的要求。一般来说【2 l，战场中典型的目标运动状态有匀速直线运动目标、机动目标以及杂波环境下的交叉目标等几种情况。对于匀速直线运动的目标，采用扩展K a l I n a I l 滤波(E K F)方法进行跟踪，对于机动目标，采用交互多模型滤波方法进行跟踪，对于杂波环境下的交叉目标，采用最近邻联合概率数据互联(N N J P D A)的方
19、法进行跟踪。3 结束语红外探测与雷达探测两种手段综合运用，可使系统具如下增益：系统具有更强的抗干扰能力及持续工作能力，系统具有更强的生存能力，系统具有更高的对低可探测性目标的探测能力，因此将来需对红外与雷达协同探测和数据融合技术进行深入的研究。参考文献：【1】何友，王国宏多传感器信息融合及应用【M】北京：电子工业出版社，2 0 0 0【2】何友，修建娟雷达数据处理及应用【M】北京：电子工业出版社，2 0 0 5 万方数据红外、雷达协同探测跟踪模型红外、雷达协同探测跟踪模型作者：贺有，HE You作者单位：炮兵学院,南京分院,江苏,南京,211132刊名：红外与激光工程英文刊名：INFRARED
20、 AND LASER ENGINEERING年，卷(期)：2006,35(z4)参考文献(2条)参考文献(2条)1.何友.王国宏 多传感器信息融合及应用 20002.何友.修建娟 雷达数据处理及应用 2005 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.周晓群 超视距雷达与防空应用会议论文-20032.李安平.敬忠良.胡士强.LI An-ping.JING Zhong-liang.HU Shi-qiang 基于有源辅助的被动跟踪系统期刊论文-上海交通大学学报2005,39(12)3.曾宪伟.方洋旺.王锋.孙亮.卢虎.ZENG Xian-wei.FANG Yang-wang.WANG F
21、eng.SUN Liang.LU Hu 雷达间或工作下雷达/红外融合跟踪期刊论文-光电工程2009,36(6)4.王鲁平.李飚.胡敏露 一种基于雷达和红外成像传感器数据融合的交互多模目标跟踪算法会议论文-20035.殷艳华.王学伟.陈敏康.YIN Yan-hua.WANG Xue-wei.CHEN Min-kang 一种新的红外/雷达传感器数据融合算法期刊论文-激光与红外2008,38(7)6.刘霞 双基地阴影逆合成孔径雷达目标识别方法研究学位论文20077.车志宇.熊伟.何友.张晶炜.CHE Zhi-yu.XIONG Wei.HE You.ZHANG Jing-wei 雷达-红外异地配置下的数据融合算法期刊论文-弹箭与制导学报2005,25(1)8.王洪锋.单甘霖.宋志刚 雷达与无源红外信息融合的低空警戒研究期刊论文-系统工程与电子技术2002,24(5)9.王毅.WANG Yi 一种新的雷达与红外传感器异平台数据融合方法期刊论文-激光与红外2010,40(3)10.杨俊鹏.祝小平.Yang Junpeng.Zhu Xiaoping 雷达/红外双模制导系统中目标跟踪信息辨别技术期刊论文-南京航空航天大学学报（英文版）2007,24(3)本文链接：http:/