CN102508232A - 基于多源探测的空中隐身目标探测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多源探测的空中隐身目标探测的方法，该方法通过以下主要步骤：A目标全方位RCS值计算；B雷达探测目标概率计算；C多源探测信息融合计算。该方法可在作战仿真系统中应用，该模型相对过去运用的模型而言，其对战斗机探测发现等的仿真效果更加逼近实际，具有很高的实用性。

Description

基于多源探测的空中隐身目标探测的方法

技术领域

本发明涉及建模与仿真技术领域，尤其是一种基于多源探测的空中隐身目标探测的方法。

背景技术

隐身技术改变了空战的方法，隐身飞机在进行空战时可以先敌发现、先敌攻击，大大增强作战的突然性、隐蔽性，特别是隐身飞机与精确制导武器相结合将大幅度提高作战效能。在空战中，雷达隐身性能对战斗机空战效能的影响贯彻于整个空战过程，这除了取决于双方的预警探测和指挥控制能力，还取决于战斗机平台自身的雷达隐身特征及其各方位的RCS分布特征，因为战场上的雷达探测往往来自多个方位，一个角度(如正前向)的良好RCS隐身特性不能保障其它角度不被对手预先探测到，所以，必须从全方位研究隐身飞机的RCS特性。

因此，我们提出了用于描述雷达对空中目标探测仿真的计算模型，使用该模型可很好地解决这类问题仿真时遇到的难题，该模型适用于隐身目标或其它空中目标，既可用于空中机载雷达对空中目标的仿真研究，也可用于地面固定雷达对空中目标的仿真研究。

由于空中目标对雷达波的反向特性极其复杂，准确地推导出地面(或机载)雷达在各种条件下对其探测概率是不可能的，所以必须进行近似计算。其难点就在于如何计算从目标不同方位和俯仰探测时目标RCS值的变化。目前的处理方法主要有几种：1、直接给定探测概率进行处理，如设定雷达对某目标探测发现概率为0.75等；2、用目标RCS典型值进行计算，如某飞机RCS值为8平方米，则在仿真时用这个值进行计算，而忽略了雷达在不同方位和俯仰探测时目标RCS值其实是变化的；3、用目标RCS典型值再加上适当的修正系数进行计算处理。用这几种方法处理目标RCS值仿真计算时都存在精度不够的问题，需要相对来讲更精确一些的计算模型。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种精度高的基于多源探测的空中隐身目标探测的方法。

为实现上述目的，本发明基于多源探测的空中隐身目标探测的方法，具体为：

1)根据空中目标的几个典型RCS值：σ_+x、σ_-x、σ_+y、σ_-y、σ_z，给出RCS全向计算公式：

由此算出空中目标全方位RCS值，其中，

为探测方位角，φ为探测俯仰角；

2)采用雷达探测空中目标，根据回波功率计算公式：

$P_r=\frac{P_t{G}^2{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{\σ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{R}^4{L}_r}---\left(3\right)$

得出雷达在探测距离为R的目标时的回波功率P_r，其中：P_t为雷达的发射平均功率；G为雷达发射天线在目标方位上的增益；λ为雷达的工作波长；

由式(1)得出，为目标的雷达反射截面积；L_r为雷达的综合损耗；

进一步得出雷达接收机获得的综合信噪比为：

$P=10\log \left(\frac{P_r}{P_{\mathrm{in}}+P_{\mathrm{cs}}+P_j}\right)---\left(4\right)$

其中，P_in为噪声功率，P_cs为杂波回波功率，P_j为雷达接收到的有源干扰功率；

根据综合信噪比，查相关雷达手册即可得出探测雷达所能发现目标的概率P_d；

3)多源探测信息融合处理：

对于N个探测源，对空中目标同时进行探测，由公式(1)-(4)，其对空中目标的探测概率分别为：P_1d、P_2d......P_Nd，则发现目标的概率为：

P_N＝1-(1-P_1d)(1-P_2d)L(1-P_Nd)    (5)

进一步，所述步骤1)中，σ_+x、σ_-x、σ_+y、σ_-y、σ_z为从所述空中目标正前方、正后方、正上方、正下方、正侧方探测的RCS值。

本发明基于多源探测的空中隐身目标探测的方法可在作战仿真系统中应用，该模型相对过去运用的模型而言，其对战斗机探测发现等的仿真效果更加逼近实际，具有很高的实用性。

附图说明

图1为雷达探测目标角度定义图。

图2为RCS计算所得的三维图；

图3为RCS计算所得方位角视图；

图4为RCS计算所得的俯仰角视图。

具体实施方式

下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。

为了易于说明，在这里可以使用诸如“上”、“下”“左”“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

如图1所示，本发明基于多源探测的空中隐身目标探测的方法，包括：1、获得空中目标全方位RCS值；2、雷达探测目标的概率；3、多源探测信息融合处理。

(一)获得空中目标全方位RCS值

理论上讲，任意空中目标的RCS值都是可以通过试验测定的，但要做大量测试，其费用、安全性等因素又决定这是不现实的。所以，许多飞机往往只能查到一个或几个典型状态下的RCS值，进行仿真研究时，就要通过若干个数据，建立拟合模型，最终得到通用的计算模型。

雷达相对空中目标(飞机)的位置是以目标的机体坐标系(ox_by_bz_b)为基准的，如图1所示。图中A点为探测雷达的位置，从该点探测目标时的角度定义如下：

----探测方位角，雷达与目标连线(OA)在机体坐标系ox_bz_b平面内投影OA′与ox_b轴的夹角，由ox_b轴逆时针旋转至OA′时，

为正，反之为负。

φ----探测俯仰角，雷达与目标连线(OA)与其在机体坐标系ox_bz_b平面内投影OA′之间的夹角，OA′线在ox_bz_b平面上方时，φ为正；反之为负。φ∈[-90°，+90°]

因飞机一般是左右对称的，左右探测时RCS值相同，或变化很小；但从前后方、上下方探测时是有很大区别的。

我们从目标正前方、正后方、正上方、正下方、正侧方进行试验探测时，测定获得RCS分别为：σ_+x、σ_-x、σ_+y、σ_-y、σ_z。则给出RCS全向计算公式：

其中：

通常，σ_+x、σ_-x、σ_+y、σ_-y、σ_z几个典型状态下的RCS值可通过资料查询获得，再根据式(1)、(2)，即可求得任意方向探测目标时的RCS值。

(二)雷达探测目标的概率

采用雷达探测空中目标，回波功率计算公式的一般形式为：

$P_r=\frac{P_t{G}^2{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{\σ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{R}^4{L}_r}---\left(3\right)$

式中：

P_r——雷达接收到的目标回波功率；

P_t——雷达的发射功率，一般指发射的平均功率；

G——雷达发射天线在目标方位上的增益；

λ——雷达的工作波长；

σ——目标的雷达反射截面积；(

由式(1)、(2)求出)

L_r——雷达的综合损耗。

式(3)中，对于具体的某个雷达型号，P_t、G、λ、L_r已知，σ由前面计算求出，则可计算出雷达在探测距离为R的目标时的回波功率P_r。

得出的雷达探测时目标的回波功率，还不能直接确定雷达是否发现目标，因为雷达是通过信噪比来检测目标是否存在的。影响信噪比的因素有：目标回波功率P_r(考虑多路径效应时，要乘上多路径效应因子的四次方)，噪声功率P_in；杂波回波功率P_cs；雷达接收到的有源干扰功率P_j。由此可以求出雷达接收机获得的综合信噪比为：

$P=10\log \left(\frac{P_r}{P_{\mathrm{in}}+P_{\mathrm{cs}}+P_j}\right)---\left(4\right)$

由该综合信噪比，查相关雷达手册即可得出在给定的虚警概率下，本次探测雷达所能发现目标的概率P_d。然后利用蒙特卡罗法判断本次检测是否发现目标，判断方法是：产生一个[0，1]均匀分布的随机数η，

当η≤P_d时，判雷达探测发现了目标；

当η＞P_d时，判雷达未探测发现目标。

式(1)至(4)就是单部雷达探测空中目标的计算模型，由式(1)至(4)，可计算雷达距目标距离R时从任意方位角

和俯仰角(φ)探测目标时的发现概率。

(三)多源探测信息融合处理

在作战仿真中，空中探测力量和地面探测力量常组成多个探测源，进行数据链通信，进行探测信息融合处理，此时，可用概率合成方法得到对目标总的探测概率。

设有N个探测源，对目标同时进行探测，由前面的公式计算，其对目标的探测概率分别为：P_1d、P_2d......P_Nd，则发现目标的概率为：

P_N＝1-(1-P_1d)(1-P_2d)L(1-P_Nd)            (5)

本发明从目标RCS值的拟合计算入手，提出了雷达对隐身目标探测仿真的计算模型，使用该模型可很好地解决这类问题仿真时遇到的难题，该模型既可用于隐身目标的仿真研究，也可用于一般空中目标的仿真研究，还可用于地面和(或)空中机载雷达的多源探测仿真研究。

该模型已在若干作战仿真系统中应用，实践证明，该模型相对过去运用的模型而言，其对战斗机探测发现等的仿真效果更加逼近实际，说明此模型具有很高实用性。

例证：

具有一定隐身能力的某飞机A，其RCS值为：前方σ_+x＝3、后方σ_-x＝20、上方σ_+y＝150、下方σ_-y＝110、侧方σ_z＝30。

按前面的式(1)、(2)进行按计算，可得到全方位RCS值，图2、图3、图4分别表示RCS计算所得的三维图、方位角视图和俯仰角视图。

再根据式(3)、(4)和(5)，最终可计算得到，多个探测源对飞机A进行同时探测时的探测概率。

从计算结果看，隐身飞机只是大幅度压缩了关键角度的信号特征，隐身角度非常敏感，在较为狭窄的角度可以保证良好的隐身性能，角度稍有偏离RCS就会显著增加，在偏离一定角度时RCS就可能提高数倍。

Claims (2)

1.基于多源探测的空中隐身目标探测的方法，其特征在于，该方法具体为：

1)通过试验测定空中目标的几个典型RCS值：σ_+x、σ_-x、σ_+y、σ_-y、σ_z，根据RCS全向计算公式：

得出空中目标全方位RCS值，其中，

为探测方位角，φ为探测俯仰角；

2)采用雷达探测空中目标，根据回波功率计算公式：

得出雷达在探测距离为R的目标时的回波功率P_r，其中：P_t为雷达的发射平均功率；G为雷达发射天线在目标方位上的增益；λ为雷达的工作波长； 由式(1)得出，为目标的雷达反射截面积；L_r为雷达的综合损耗；

进一步得出雷达接收机获得的综合信噪比为：

其中，P_in为噪声功率，P_cs为杂波回波功率，P_j为雷达接收到的有源干扰功率；

根据综合信噪比，查相关雷达手册即可得出探测雷达所能发现目标的概率P_d；

3)多源探测信息融合处理： 

对于N个探测源，对空中目标同时进行探测，由公式(1)-(4)，其对空中目标的探测概率分别为：P_1d、P_2d......P_Nd，则发现目标的概率为：

P_N＝1-(1-P_1d)(1-P_2d)L(1-P_Nd)       (5)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，σ_+x、σ_-x、σ_+y、σ_-y、σ_z为从所述空中目标正前方、正后方、正上方、正下方、正侧方探测的RCS值。 

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