軍用技術(shù)實(shí)現(xiàn)多傳感器數(shù)據(jù)融合

隨著技術(shù)的發(fā)展，傳感器逐步被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)今各國(guó)軍隊(duì)已經(jīng)擁有了多種多樣的傳感器，作為軍事系統(tǒng)的眼睛，傳感器到?jīng)Q策層這樣一個(gè)軍事回路決定著軍事決策、判斷和行動(dòng)的準(zhǔn)確和快速性。

總體來(lái)說(shuō)，目前的傳感器分為兩類(lèi)，第一類(lèi)是有源的，也就是主動(dòng)輻射信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)，典型的如雷達(dá)和激光探測(cè)器。第二類(lèi)則是無(wú)源的，依靠對(duì)方輻射的信號(hào)確定目標(biāo)各類(lèi)要素，典型的有無(wú)源雷達(dá)，紅外感應(yīng)器和光學(xué)照相機(jī)。傳感器數(shù)目眾多，但在不同類(lèi)型之間大多處于各自為戰(zhàn)的局面，大大局限了探測(cè)范圍和探測(cè)精度，把這些傳感器的探測(cè)結(jié)果融合到指揮專(zhuān)網(wǎng)上進(jìn)行綜合處理，這就是未來(lái)指揮作戰(zhàn)體系的發(fā)展方向——多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)。

為什么要融合？

既然一個(gè)傳感器能夠探測(cè)到所有范圍，為什么要進(jìn)行融合呢？答案很簡(jiǎn)單，不同的傳感器可以?xún)?yōu)勢(shì)互補(bǔ)，效能倍增。舉例來(lái)說(shuō)，預(yù)警機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)使用的L、S和X波段雷達(dá)一般波長(zhǎng)位于分米到毫米數(shù)量級(jí)，而隱身飛機(jī)對(duì)這些波段的雷達(dá)隱身效果極佳，因此很難發(fā)現(xiàn)。但對(duì)米級(jí)波段的雷達(dá)隱身效果就很差，飛機(jī)很多部件會(huì)和米波產(chǎn)生共振，釋放出極大的回波，因此隱身飛機(jī)對(duì)米波隱身是無(wú)效的，但米波雷達(dá)因波長(zhǎng)太長(zhǎng)，分辨率極低，無(wú)法看出回波具體目標(biāo)。這兩個(gè)雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后，就可以先用米波雷達(dá)進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)后再使用預(yù)警雷達(dá)探測(cè)，如果在該地沒(méi)有發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，就可以判定該處可能有隱身飛機(jī)，從而顛覆隱身飛機(jī)作戰(zhàn)的物理基礎(chǔ)。

通常來(lái)說(shuō)，多傳感器融合由于實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，在指揮專(zhuān)網(wǎng)得到的數(shù)據(jù)量要比遍布戰(zhàn)場(chǎng)的單傳感器多的多，且探測(cè)精度更高，目標(biāo)性質(zhì)更加明確。還可以根據(jù)融合結(jié)果脫離數(shù)據(jù)層面的單純探測(cè)，在決策層綜合判斷整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)指揮控制智能化、最優(yōu)化。

怎樣進(jìn)行融合

一個(gè)多傳感器數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)分為兩個(gè)級(jí)別的處理功能，在第一級(jí)別，主要是數(shù)據(jù)方面的處理，得到數(shù)字結(jié)果（如位置、速度、目標(biāo)類(lèi)型）。在第二個(gè)級(jí)別，處理主要是符號(hào)處理，處理更為抽象（如威脅，意圖，目的），假設(shè)系統(tǒng)用幾個(gè)傳感器同時(shí)監(jiān)視同一空域中不同類(lèi)型運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，當(dāng)可獲得數(shù)據(jù)的工作頻率在整個(gè)電磁波譜上盡可能寬時(shí)，此時(shí)多傳感器最大化了所獲取的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，特別是當(dāng)他們同時(shí)使用主動(dòng)工作方式和被動(dòng)工作方式時(shí)更為明顯。

傳感器掃描監(jiān)視區(qū)域并報(bào)告在每一次掃描中發(fā)現(xiàn)的所有探測(cè)目標(biāo)，每個(gè)傳感器都獨(dú)立進(jìn)行測(cè)量，并給予信號(hào)特征采用判決方法判定是否發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，一旦探測(cè)到目標(biāo)，測(cè)量參數(shù)被傳送到融合處理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。指揮中心系統(tǒng)則根據(jù)這些數(shù)據(jù)相關(guān)性處理，并且與之前探測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在基于狀態(tài)和特征的判斷之下，做出一個(gè)決策。

在每次掃描結(jié)束后，從新的或已存在的目標(biāo)信息中，指揮系統(tǒng)還可以做出下一步目標(biāo)信息的估計(jì)，使用的方法例如最小二乘法和卡爾曼濾波法，這些方法在潛艇聲吶信號(hào)處理上被普遍采用。

數(shù)據(jù)融合的類(lèi)型包括集中式融合和分布式融合，前者是每一個(gè)傳感器把它觀測(cè)到的數(shù)據(jù)都發(fā)送到中心融合節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)合成決策，這種方法負(fù)責(zé)，需求的運(yùn)算量巨大。后者則是每個(gè)傳感器基于自己的觀察，首先做一個(gè)傳感器級(jí)別的判定，而后把決策送往融合節(jié)點(diǎn)，再形成一個(gè)合成決策，這種方法使得決策量減少，但帶來(lái)的決策性能的損失。

指揮專(zhuān)網(wǎng)融合技術(shù)說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)很難，各傳感器的數(shù)據(jù)、誤差、信號(hào)處理、傳遞的模式都不同，因此在融合時(shí)可能出現(xiàn)令人失望的結(jié)果，例如美軍2003年在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)就出現(xiàn)了通用態(tài)勢(shì)圖里對(duì)同一目標(biāo)有十幾種不同的位置、路線標(biāo)注，要真正成熟使用運(yùn)用這種技術(shù)，還需要很長(zhǎng)的路要走。