CN112946651A - 一种基于分布式sar的空中协同感知系统 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，涉及军事目标探测领域。该系统包括用于对地面目标区域进行微波信号照射的协同照射平台和多个部署于空降兵上并对地面目标区域进行SAR成像的分布式协同探测节点；通过“收发分离”的模式，实现了对目标区域的多维度SAR成像；基于现有硬件，在不增加硬件成本的同时，通过构建TDOA定位网络实现了对信号源和各节点的精准定位；通过动态组网系统进行信息共享和指挥控制，只有汇聚节点保持持续的通信状态，其余节点均保持无线静默，保证了整个通信的安全；通过TDOA定位网络对干扰信号源进行定位，从而提高了系统的抗干扰能力，还能对干扰信号的后续打击提供方位指导。

Description

一种基于分布式SAR的空中协同感知系统
技术领域
本发明涉及军事目标探测领域，尤其涉及一种基于分布式SAR的空中协同感知系统。
背景技术
空降兵被誉为飞行的陆军，其具备快速远距离部署、跨域作战、纵深敌后的战略战术能力，能有效打击敌后关键堡垒以及切断敌重要交通线，故现代空降兵种受到各大国的广泛重视。
空降兵的整个空降过程一般约半个小时，但是最危险的是下跳过程中的2到3分钟，由于空降地区战况复杂、受天气、环境、光照和遮挡物等影响，这段时间空降兵往往难以准确地获得目标区域情况，这大大提高了空降兵的危险程度，在不知道地面环境的情况下，极其容易被作为攻击目标进行打击，且准确降落的概率也大打折扣。
所以，如何实时、准确地使空降兵获得地面环境情况是提高空降兵作战系统有效性和安全性的关键所在。
现代战场信息获取技术多种多样，而SAR成像系统在地面目标情报获取方面有着得天独厚的优势，SAR成像系统，即合成孔径雷达成像系统，作为一种主动式的对地观测系统，能在在不同天气状况下，不依赖光源就能对地目标进行实时成像，且具备一定的穿透能力，能观测到一些实施了隐蔽遮挡的地面目标。
SAR成像系统包括微波发射端、回波接收端和回波成像端，微波发射端向目标区域发射微波信号，微波信号在遭遇目标后会反射回波信号，回波信号通过回波接收端进行采集，采集到的回波信号通过回波成像端解析成为SAR图像。
现有的SAR成像系统通常是基于收发一体的SAR成像系统，由侦查卫星作为SAR成像系统的载体，通过大功率的微波发射端向地面地区发射微波信号，再通过机载回波接收端和回波成像端解析成为SAR图像，解析后的SAR图像再实时发送给前方的情报采集人员。
这种收发一体的方式，使SAR成像系统能运用在各个领域，情报获取终端只需要设置图像信号接收装置就能接收来自卫星发送的SAR图像，但是这种收发一体的方式也有着明显的不足之处，接收端接收到的图像均为同一图像，在复杂的战场情况下，同一图像是显然不够的，但是分布部署SAR成像系统，每一个空降兵作为一个节点，需要的是对每个节点的情况进行采集，而SAR成像系统的微波发射端由于成本、体积等原因，难以部署到每一个空降兵身上，这极大地限制了SAR成像系统分布部署在空降兵上的运用。
此外，信源的不同也加大了摒除战场干扰信号的难度。
因此，有必要提供一种新的，能为每一个空降兵提供良好SAR成像，且能将其进行分享互通的空中协同感知系统来解决上述问题。
发明内容
为解决上述之一技术问题，本发明提供的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，包括用于对地面目标区域进行微波信号照射的协同照射平台和多个部署于空降兵上并对地面目标区域进行SAR成像的分布式协同探测节点；
所述协同照射平台包括至少一个空中照射单元；所述空中照射单元包括空中机载设备、部署在空中机载设备上的微波照射器和用于接收和发送信息的信息传输端；所述空中机载设备悬置在空中或者卫星轨道层，所述微波照射器能对指定区域的地面目标进行微波照射，所述信息传输端能与系统中各分布式协同探测节点建立信息链路，并与协同照射平台的其他空中照射单元共同组成空中照射网络；
所述分布式协同探测节点以协同感知装备的形式部署在空降兵单兵上；所述协同感知装备包括多维信息探测头盔、背负式高速信息处理机和智能显示面罩；所述多维信息探测头盔和智能显示面罩均与背负式高速信息处理机电性连接；其中，多维信息探测头盔用于接收地面目标区域的微波信号，并将微波信号转化为数字回波信号传送给背负式高速信息处理机；所述背负式高速信息处理机能将多维信息探测头盔提供的数字回波信号解析为SAR 图像；所述智能显示面罩能将背负式高速信息处理机提供的图像信息进行实时显示。
作为更加具体的解决方案，所述多维信息探测头盔包括头盔、多维信息探测器和三维云台；
所述头盔佩戴在空降兵单兵头部，且在顶部设置有云台安装台；所述三维云台包括固定台、调整台和高精惯导端；所述固定台设置在头盔的云台安装台上，调整台设置在固定台的上方，多维信息探测器设置在调整台上，高精惯导端设置在多维信息探测器的信息探测处，并与调整台电性连接；所述高精惯导端能获取多维信息探测器的信息探测处姿态信息并将姿态信息实时上传给调整台，调整台能根据姿态信息对调整调整台的三维姿态，并使多维信息探测器的信息探测处时刻面向信号源方向。
作为更加具体的解决方案，所述多维信息探测器包括分布式SAR接收成像传感器，所述分布式SAR接收成像传感器接能接收地面目标区域的微波信号，并将微波信号转化为数字回波信号传送给背负式高速信息处理机；
所述分布式SAR接收成像传感器包括小型宽带射频接收端、高精时频同步端、信息处理器和高速信息采集端；所述小型宽带射频接收端用于接收地面目标区域的微波信号，并将采集到的微波信号变频为中频信号；高速信息采集端用于将采集的中频模拟信号转换成数字信号，并将信号下变频到基带得到原始回波信号；原始回波信号作为信号输入传送给信息处理器，并信息处理器对原始回波信号进行解析、降噪得到数字回波信号；高精时频同步端用于同步协同照射平台与SAR接收成像传感器的时频基准信息；所述小型宽带射频接收端与高速信息采集端的输入端电性连接，所述高速信息采集端的输出端与信息处理器电性连接，所述高精时频同步端与信息处理器电性连接，所述信息处理器的输出端与背负式高速信息处理机电性连接。
作为更加具体的解决方案，所述多维信息探测器还包括光学图像传感器和红外传感器；所述光学图像传感器与背负式高速信息处理机电信连接，且能采集战场区域的光学图像信息，在对采集到的光学图像信息进行数字化后，上传给背负式高速信息处理机；所述红外传感器与背负式高速信息处理机电信连接，且能采集战场区域的红外图像信息，在对采集到的红外图像信息进行数字化后，上传给背负式高速信息处理机。
作为更加具体的解决方案，所述背负式高速信息处理机包括机架背包、机架和高速信息处理主机；所述高速信息处理主机安装在机架上，所述机架安装在机架背包上，空降兵单兵通过机架背包对背负式高速信息处理机进行背负；
所述高速信息处理主机包括机箱、电源、数据通信天线、高速数据总线和高速主机；所述电源、数据通信天线、高速数据总线和高速主机均安装在机箱中；所述电源为模块化电源，且能对高速信息处理主机、多维信息探测头盔和智能显示面罩进行独立供电；所述数据通信天线与高速主机电性连接，且高速主机能通过数据通信天线接收或发送无线信号；所述高速数据总线用于连接高速主机和外部电子设备，所述多维信息探测头盔和智能显示面罩能通过在高速数据总线末端设置标准数据接头与高速主机电性连接，且能与高速主机进行双向数字信息传递；所述高速主机为预先写入分布式SAR的空中协同感知系统软件处理程序的主机。
作为更加具体的解决方案，通过各分布式协同探测节点和高精时频同步端还能构建TDOA定位网络，通过TDOA定位网络能对各分布式协同探测节点、各发射信号源进行坐标定位。
作为更加具体的解决方案，所述背负式高速信息处理机通过多维信息探测器采集地面目标区域的SAR图像信息、光学图像信息和红外图像信息进行图像信息融合，并得到地面目标区域融合图像；通过采集各分布式协同探测节点的地面目标区域融合图像并进行多视角图像融合，得到地面目标区全景图像。
作为更加具体的解决方案，所述多个部署于空降兵上的分布式协同探测节点之间通过动态组网系统进行信息共享和指挥控制；所述动态组网系统将分布式协同探测节点分为汇聚节点和分布式节点，汇聚节点和分布式节点均由动态组网系统进行任命；汇集节点用于对通信信息进行汇聚和分发，各分布式节点通信信息均传送至汇集节点。
作为更加具体的解决方案，所述背负式高速信息处理机通过如下步骤进行动态组网：
通过数据通信天线建立通信链路；
将所有分布式协同探测节点加入动态组网中；
对动态组网中各节点进行通信质量评估；
按照通信质量评估高低顺序，选取当前通信质量最高的节点作为汇聚节点，其余节点作为分布式节点；
若需要信息共享，发送方将共享信息发送给汇聚节点，汇聚节点再将共享信息发送给接收方；
若后方指挥中心需对空降兵进行指挥作战，后方指挥中心直接联系汇聚节点，汇聚节点再将指挥内容分发给分布式节点；
若不需要进行信息共享和指挥作战，汇聚节点保持持续的通信状态，其余节点均保持无线静默；
重复上述步骤直至结束。
作为更加具体的解决方案，所述协同照射平台通过发射预知的特征微波信号对目标区域进行微波照射，所述小型宽带射频接收端能接收处在接收频段的所有环境信号，所述高速信息处理主机能通过预知的微波信号特征，将环境信号分类为回波信号和干扰信号，回波信号用于SAR成像，干扰信号通过TDOA定位网络对信号源进行定位。
与相关技术相比较，本发明提供的用于一种基于分布式SAR的空中协同感知系统具有如下有益效果：
1、本发明通过侦察卫星、侦察无人机等记载设备作为协同照射平台，向目标区域进行微波照射，对空降兵部署分布式协同探测节点实现了SAR图像分布式成像，“收发分离”的模式，在保证微波照射器的安全的同时，还实现了对目标区域的多维度SAR成像；
2、本发明基于现有硬件，在不增加硬件成本的同时，通过构建TDOA定位网络实现了对信号源和分布式协同探测节点的精准定位；
3、本发明通过动态组网系统进行信息共享和指挥控制，只有汇聚节点保持持续的通信状态，其余节点均保持无线静默，在汇聚节点被破坏时，动态组网系统会另行任命新的汇聚节点，保证了整个通信的稳定性，使整个系统具备高的抗毁伤性能；
4、本发明还通过发射预知的特征微波信号，来识别回波信号和干扰信号，回波信号用于SAR成像，干扰信号通过TDOA定位网络对信号源进行定位，从而提高了系统的抗干扰能力，还能对干扰信号的后续打击提供方位指导。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统的较佳实施例系统示意图；
图2为本发明提供的协同感知装备的较佳实施例示意图；
图3为本发明提供的合成原始回波信号的较佳实施例场景图；
图4为本发明提供的FSA高分辨成像系统的较佳实施例场景图；
图5为本发明提供的较佳实施例运用场景图；
图6为本发明提供的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统的系统示意图。
附图标记号：1，背负式高速信息处理机；2，智能显示面罩；3，多维信息探测头盔；4，数据通信天线。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1至图6所示，本实施例提供的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，包括用于对地面目标区域进行微波信号照射的协同照射平台和多个部署于空降兵上并对地面目标区域进行SAR成像的分布式协同探测节点。
具体的，所述协同照射平台包括至少一个空中照射单元；所述空中照射单元包括空中机载设备、部署在空中机载设备上的微波照射器和用于接收和发送信息的信息传输端；所述空中机载设备悬置在空中或者卫星轨道层，所述微波照射器能对指定区域的地面目标进行微波照射，所述信息传输端能与系统中各分布式协同探测节点建立信息链路，并与协同照射平台的其他空中照射单元共同组成空中照射网络。
具体的，所述分布式协同探测节点以协同感知装备的形式部署在空降兵单兵上；所述协同感知装备包括多维信息探测头盔3、背负式高速信息处理机1和智能显示面罩2；所述多维信息探测头盔3和智能显示面罩2均与背负式高速信息处理机1电性连接；其中，多维信息探测头盔3用于接收地面目标区域的微波信号，并将微波信号转化为数字回波信号传送给背负式高速信息处理机1；所述背负式高速信息处理机1能将多维信息探测头盔3 提供的数字回波信号解析为SAR图像；所述智能显示面罩2能将背负式高速信息处理机1 提供的图像信息进行实时显示。
需要说明的是：协同照射平台主要是为分布式协同探测节点提供微波照射，协同照射平台可以通过高空的侦查卫星和高空侦察无人机来共同构建，在这些机载设备上加装微波照射器，对空降兵预着地面目标区域进行波束照射，来得到地面目标区域的回波信号，采用这种收发分离的方式，能保证昂贵的大功率微波照射器的安全，且分布式协同探测节点能各自成像得到地面目标区域不同角度的图像，通过不同角度的图像融合得到地面目标区域的全景图像，将这些图像通过智能显示面罩2向空降兵进行展示，能极大地增强空降兵对战场信息的了解程度，从而更好地确保空降兵的人身安全和作战任务的安全实施。
分布式协同探测节点是本系统的核心，主要由头戴式分布式多维信息探测传感器和高性能信号与信息处理器以及头戴式智能屏幕显示组成，分布式协同探测节点是一套智能穿戴设备，分布式多维信息探测传感器集成分布式SAR成像探测、光学图像探测、红外/紫外探测功能与一体，整套系统采用微系统技术，实现集成化和芯片化，采用小型化三维高精度云台集成安装到空降兵战术头盔上。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述多维信息探测头盔3包括头盔、多维信息探测器和三维云台；所述头盔佩戴在空降兵单兵头部，且在顶部设置有云台安装台；所述三维云台包括固定台、调整台和高精惯导端；所述固定台设置在头盔的云台安装台上，调整台设置在固定台的上方，多维信息探测器设置在调整台上，高精惯导端设置在多维信息探测器的信息探测处，并与调整台电性连接；所述高精惯导端能获取多维信息探测器的信息探测处姿态信息并将姿态信息实时上传给调整台，调整台能根据姿态信息对调整调整台的三维姿态，并使多维信息探测器的信息探测处时刻面向信号源方向。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述多维信息探测器包括分布式SAR接收成像传感器，所述分布式SAR接收成像传感器接能接收地面目标区域的微波信号，并将微波信号转化为数字回波信号传送给背负式高速信息处理机1；所述分布式SAR接收成像传感器包括小型宽带射频接收端、高精时频同步端、信息处理器和高速信息采集端；所述小型宽带射频接收端用于接收地面目标区域的微波信号，并将采集到的微波信号变频为中频信号；高速信息采集端用于将采集的中频模拟信号转换成数字信号，并将信号下变频到基带得到原始回波信号；原始回波信号作为信号输入传送给信息处理器，并信息处理器对原始回波信号进行解析、降噪得到数字回波信号；高精时频同步端用于同步协同照射平台与SAR接收成像传感器的时频基准信息；所述小型宽带射频接收端与高速信息采集端的输入端电性连接，所述高速信息采集端的输出端与信息处理器电性连接，所述高精时频同步端与信息处理器电性连接，所述信息处理器的输出端与背负式高速信息处理机1电性连接。
需要说明的是：SAR具备一定的穿透能力，能透过云雾，建筑遮挡看到后方的真实物体，如图5所示，在对一储藏库进行SAR成像时，能透过储藏库的工程塑料顶看见仓内的货物，这极大地提高了对地面情况情报的感知能力。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述多维信息探测器还包括光学图像传感器和红外传感器；所述光学图像传感器与背负式高速信息处理机1电信连接，且能采集战场区域的光学图像信息，在对采集到的光学图像信息进行数字化后，上传给背负式高速信息处理机1；所述红外传感器与背负式高速信息处理机1电信连接，且能采集战场区域的红外图像信息，在对采集到的红外图像信息进行数字化后，上传给背负式高速信息处理机1。
需要说明的是：在SAR成像系统中，将大功率的微波发射端小型化、低成本化是及其困难的，但是回波接收端的小型化和低成本化是易达到和实现的，本实施例通过将空降兵作为分布式协同探测节点，通过在每一个空降兵部署协同感知装备来进行战场信息获得，协同照射平台作为统一的照射平台，对目标区域进行照射，协同感知装备能对回波信号进行接收，并实时转换为SAR图像，采用这种收发分离的方式，在解决SAR成像系统分布部署的问题的同时，还实现了，发射端的高安全性和使接收端能接收到自己所处环境的SAR 图像。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述背负式高速信息处理机1包括机架背包、机架和高速信息处理主机；所述高速信息处理主机安装在机架上，所述机架安装在机架背包上，空降兵单兵通过机架背包对背负式高速信息处理机1进行背负；所述高速信息处理主机包括机箱、电源、数据通信天线4、高速数据总线和高速主机；所述电源、数据通信天线4、高速数据总线和高速主机均安装在机箱中；所述电源为模块化电源，且能对高速信息处理主机、多维信息探测头盔3和智能显示面罩2进行独立供电；所述数据通信天线4 与高速主机电性连接，且高速主机能通过数据通信天线4接收或发送无线信号；所述高速数据总线用于连接高速主机和外部电子设备，所述多维信息探测头盔3和智能显示面罩2 能通过在高速数据总线末端设置标准数据接头与高速主机电性连接，且能与高速主机进行双向数字信息传递；所述高速主机为预先写入分布式SAR的空中协同感知系统软件处理程序的主机。
具体的，高速数据总线末端设置的标准数据接头采用高速外设接口，如PCIE接口，将 SAR接收成像传感器采集的高速回波、光学图像传感器以及红外传感器的目标区域光学图像和红外外信息高速传输到高性能信号与信息处理器，通用高性能预处理芯片一般采用高速FPGA芯片，灵活配置预处理功能，完成信号与信息预处理，并将对于的信号与信息发送到对应的专业高性能处理芯片做进一步处理；专业高性能处理芯片一般是专业行业定制开发的，满足特定应用需求的专用芯片，其特点是运算效率高、处理能力强，比如本实施例中，可以针对分布式SAR成像算法设计专用的成像处理芯片。整套高性能信号与信息处理器软件架构采用基于软件无线电的可重构软件架构，将软件功能进一步模块化和芯片化，设计专业的IP核，指定标准的调用接口和输入输出格式，尽量减少各模块软件之间的相互耦合，并将软件分层分级，各层之间功能明确，具备灵活的上层应用开发能力，可以不断修改迭代算法功能。
作为本实施例更进一步的解决方案，通过各分布式协同探测节点和高精时频同步端还能构建TDOA定位网络，通过TDOA定位网络能对各分布式协同探测节点、各发射信号源进行坐标定位。
需要说明的是：TDOA定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达节点的时间，可以确定信号源的距离，利用信号源到各个监测站的距离(以节点为中心，距离为半径作圆)，就能确定信号的位置。通过比较信号到达各个节点的绝对时间差，就能作出以节点为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号源的位置。TDOA定位网络的算法复杂度低，但是绝对时间一般比较难测量，故需要高精时频同步设备，这与本实施例所提出的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统的硬件基础高度吻合：具备分布式节点、具备信号接收设备、具备高精时频同步设备，故不需要添加任何硬件，仅需要在高速主机中预先写入TDOA定位系统算法，就能在原有基础上实现对TDOA定位，TDOA定位的实现极其重要，它能为空降兵及其后方指挥系统提供自身的位置定位，和干扰信号源的位置定位，从而做到实时了解战场情况，对干扰信号源进行精准打击的作用。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述背负式高速信息处理机1通过多维信息探测器采集地面目标区域的SAR图像信息、光学图像信息和红外图像信息进行图像信息融合，并得到地面目标区域融合图像；通过采集各分布式协同探测节点的地面目标区域融合图像并进行多视角图像融合，得到地面目标区全景图像。
具体的：在多维信息探测头盔3中，微型化的多维信息探测器是整个系统的探测核心，照射平台作为分布式成像探测的发射节点，主要提供波束照射功能，且在整个空降过程中防止照射平台被敌方电子侦察设备干扰或者反辐射火力打击，照射平台不接收回波信号。在空降兵伞降过程中，小型化三维高精度云台在空间同步算法控制下，实现对目标区域的稳定探测，确保分布式SAR成像探测空间同步功能以及正确获取目标区域光学、红外/紫外信息。
需要说明的是：分布式协同探测节点能通过接收不同方位的回波信号得到不同角度的地面目标区域的SAR图像信息；同时，各节点还具备采集不同角度的光学图像信息和红外图像信息，通过将SAR图像信息、光学图像信息和红外图像信息结合能得到更加清晰准确的图像，如图4所示，左方为单一光学图像信息，而右方是则是地面目标区域图像信息融合后的图像，明显在清晰度、准确度上有较大提升；同时，通过将各分布式协同探测节点的地面目标区域融合图像并进行多视角图像融合，能得到地面目标区全景图像，如图3所示，上下左右分别为不同分布式协同探测节点采集到的图像，通过图像融合，能得到中间的地面目标区全景图像。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述多个部署于空降兵上的分布式协同探测节点之间通过动态组网系统进行信息共享和指挥控制；所述动态组网系统将分布式协同探测节点分为汇聚节点和分布式节点，汇聚节点和分布式节点均由动态组网系统进行任命；汇集节点用于对通信信息进行汇聚和分发，各分布式节点通信信息均传送至汇集节点。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述背负式高速信息处理机1通过如下步骤进行动态组网：
通过数据通信天线4建立通信链路；
将所有分布式协同探测节点加入动态组网中；
对动态组网中各节点进行通信质量评估；
按照通信质量评估高低顺序，选取当前通信质量最高的节点作为汇聚节点，其余节点作为分布式节点；
若需要信息共享，发送方将共享信息发送给汇聚节点，汇聚节点再将共享信息发送给接收方；
若后方指挥中心需对空降兵进行指挥作战，后方指挥中心直接联系汇聚节点，汇聚节点再将指挥内容分发给分布式节点；
若不需要进行信息共享和指挥作战，汇聚节点保持持续的通信状态，其余节点均保持无线静默；
重复上述步骤直至结束。
需要说明的是：在进行动态组网时，动态组网系统会对各分布式协同探测节点的通信质量进行评估，选取其中通信质量较佳的分布式协同探测节点作为汇聚节点，其余节点作为分布式节点，分布式节点之间的信息共享和沟通只通过汇聚节点进行，对于其他设备均保持无线静默；当需要信息共享时，发送方将共享信息发送给汇聚节点，汇聚节点再将共享信息发送给接收方；当后方指挥中心需对空降兵进行指挥作战时，后方指挥中心直接联系汇聚节点，汇聚节点再将指挥内容分发给分布式节点；由于只有汇聚节点保持持续的通信状态，其余节点均保持无线静默，这种通信方式提高了通信的安全度，在汇聚节点被破坏时，动态组网系统会另行任命新的汇聚节点，保证了整个通信的稳定性，使整个系统具备高的抗毁伤性能。
作为本实施例更进一步的解决方案，所述协同照射平台通过发射预知的特征微波信号对目标区域进行微波照射，所述小型宽带射频接收端能接收处在接收频段的所有环境信号，所述高速信息处理主机能通过预知的微波信号特征，将环境信号分类为回波信号和干扰信号，回波信号用于SAR成像，干扰信号通过TDOA定位网络对信号源进行定位。
需要说明的是：现代战场环境，敌我双方进行着激烈的电子对抗与反对抗，使得战场电磁环境极其复杂，因此作战装备必须具备良好的电磁防护能力。故还需要系统具备较强的抗干扰能力，可以在复杂的电磁环境下，抑制敌方干扰手段，对目标进行有效的探测侦察，获得有用的情报信息。
小型宽带射频接收端和宽带调频本振具备极大的工作带宽和瞬时带宽，可以使用不同频段的成像探测需求以及电子侦察频段需求，可以对战场环境信号进行宽开接收，将回波信号和干扰信号都进行接收，采用相应的信号处理算法对回波信号和干扰信号进行识别分类，从而有效分离回波信号和干扰信号，回波信号被用于分布式SAR成像探测，干扰信号输入到电子侦察信号处理模块，完成对干扰信号的测向、定位以及威胁评估等处理，获取干扰情报信息。对回波信号和干扰信号进行识别分类的算法，可采用的方法有：基于信号和干扰特征的子空间分解算法；基于干扰特征的干扰信号重构对消算法以及基于神经网络的复杂信号分类算法。信号分类的效果和对信号特征的估计准确度直接相关，信号特征估计越准确，分类识别算法效果越好，在本实施例中，回波信号特征是先验的，特征是明确的，基于此，只要抑制住欺骗干扰信号，就可以较为准确的有效分离出回波信号，而对于分布式SAR成像系统，可以根据自身分布式特点，实现分布式干扰对消，有效解决欺骗干扰信号的干扰，使得分布式SAR成像功能基本满足需求。对于非欺骗类干扰信号，采用现有的信号识别分类算法可以有效的分离出干扰信号，从而完成干扰和回波的分离。
本实施例还提出了一种瞬时TDOA干扰信号定位算法功能，先对干扰信号进行来波方向和时延估计，然后将估计信息汇聚到分布式SAR协同组网的汇聚节点，进行干扰信号定位融合解算，完成对干扰信号的定位，对将干扰定位信息下发到各分布式节点以及后方指挥预警平台，分布式节点获得干扰信号，可以采用自适应波束合成方法，在干扰方向形成方向图零点，自适应抵消干扰信号。后方指挥预警平台可以根据干扰位置以及干扰威胁等级，布置相应的打击任务，如摧毁。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，包括用于对地面目标区域进行微波信号照射的协同照射平台和多个部署于空降兵上并对地面目标区域进行SAR成像的分布式协同探测节点；
所述协同照射平台包括至少一个空中照射单元；所述空中照射单元包括空中机载设备、部署在空中机载设备上的微波照射器和用于接收和发送信息的信息传输端；所述空中机载设备悬置在空中或者卫星轨道层，所述微波照射器能对指定区域的地面目标进行微波照射，所述信息传输端能与系统中各分布式协同探测节点建立信息链路，并与协同照射平台的其他空中照射单元共同组成空中照射网络；
所述分布式协同探测节点以协同感知装备的形式部署在空降兵单兵上；所述协同感知装备包括多维信息探测头盔(3)、背负式高速信息处理机(1)和智能显示面罩(2)；所述多维信息探测头盔(3)和智能显示面罩(2)均与背负式高速信息处理机(1)电性连接；其中，多维信息探测头盔(3)用于接收地面目标区域的微波信号，并将微波信号转化为数字回波信号传送给背负式高速信息处理机(1)；所述背负式高速信息处理机(1)能将多维信息探测头盔(3)提供的数字回波信号解析为SAR图像；所述智能显示面罩(2)能将背负式高速信息处理机(1)提供的图像信息进行实时显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述多维信息探测头盔(3)包括头盔、多维信息探测器和三维云台；
所述头盔佩戴在空降兵单兵头部，且在顶部设置有云台安装台；所述三维云台包括固定台、调整台和高精惯导端；所述固定台设置在头盔的云台安装台上，调整台设置在固定台的上方，多维信息探测器设置在调整台上，高精惯导端设置在多维信息探测器的信息探测处，并与调整台电性连接；所述高精惯导端能获取多维信息探测器的信息探测处姿态信息并将姿态信息实时上传给调整台，调整台能根据姿态信息对调整调整台的三维姿态，并使多维信息探测器的信息探测处时刻面向信号源方向。
3.根据权利要求2所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述多维信息探测器包括分布式SAR接收成像传感器，所述分布式SAR接收成像传感器接能接收地面目标区域的微波信号，并将微波信号转化为数字回波信号传送给背负式高速信息处理机(1)；
所述分布式SAR接收成像传感器包括小型宽带射频接收端、高精时频同步端、信息处理器和高速信息采集端；所述小型宽带射频接收端用于接收地面目标区域的微波信号，并将采集到的微波信号变频为中频信号；高速信息采集端用于将采集的中频模拟信号转换成数字信号，并将信号下变频到基带得到原始回波信号；原始回波信号作为信号输入传送给信息处理器，并信息处理器对原始回波信号进行解析、降噪得到数字回波信号；高精时频同步端用于同步协同照射平台与SAR接收成像传感器的时频基准信息；所述小型宽带射频接收端与高速信息采集端的输入端电性连接，所述高速信息采集端的输出端与信息处理器电性连接，所述高精时频同步端与信息处理器电性连接，所述信息处理器的输出端与背负式高速信息处理机(1)电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述多维信息探测器还包括光学图像传感器和红外传感器；所述光学图像传感器与背负式高速信息处理机(1)电信连接，且能采集战场区域的光学图像信息，在对采集到的光学图像信息进行数字化后，上传给背负式高速信息处理机(1)；所述红外传感器与背负式高速信息处理机(1)电信连接，且能采集战场区域的红外图像信息，在对采集到的红外图像信息进行数字化后，上传给背负式高速信息处理机(1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述背负式高速信息处理机(1)包括机架背包、机架和高速信息处理主机；所述高速信息处理主机安装在机架上，所述机架安装在机架背包上，空降兵单兵通过机架背包对背负式高速信息处理机(1)进行背负；
所述高速信息处理主机包括机箱、电源、数据通信天线(4)、高速数据总线和高速主机；所述电源、数据通信天线(4)、高速数据总线和高速主机均安装在机箱中；所述电源为模块化电源，且能对高速信息处理主机、多维信息探测头盔(3)和智能显示面罩(2)进行独立供电；所述数据通信天线(4)与高速主机电性连接，且高速主机能通过数据通信天线(4)接收或发送无线信号；所述高速数据总线用于连接高速主机和外部电子设备，所述多维信息探测头盔(3)和智能显示面罩(2)能通过在高速数据总线末端设置标准数据接头与高速主机电性连接，且能与高速主机进行双向数字信息传递；所述高速主机为预先写入分布式SAR的空中协同感知系统软件处理程序的主机。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，通过各分布式协同探测节点和高精时频同步端还能构建TDOA定位网络，通过TDOA定位网络能对各分布式协同探测节点、各发射信号源进行坐标定位。
7.根据权利要求1所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述背负式高速信息处理机(1)通过多维信息探测器采集地面目标区域的SAR图像信息、光学图像信息和红外图像信息进行图像信息融合，并得到地面目标区域融合图像；通过采集各分布式协同探测节点的地面目标区域融合图像并进行多视角图像融合，得到地面目标区全景图像。
8.根据权利要求1所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述多个部署于空降兵上的分布式协同探测节点之间通过动态组网系统进行信息共享和指挥控制；所述动态组网系统将分布式协同探测节点分为汇聚节点和分布式节点，汇聚节点和分布式节点均由动态组网系统进行任命；汇集节点用于对通信信息进行汇聚和分发，各分布式节点通信信息均传送至汇集节点。
9.根据权利要求1所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述背负式高速信息处理机(1)通过如下步骤进行动态组网：
通过数据通信天线(4)建立通信链路；
将所有分布式协同探测节点加入动态组网中；
对动态组网中各节点进行通信质量评估；
按照通信质量评估高低顺序，选取当前通信质量最高的节点作为汇聚节点，其余节点作为分布式节点；
若需要信息共享，发送方将共享信息发送给汇聚节点，汇聚节点再将共享信息发送给接收方；
若后方指挥中心需对空降兵进行指挥作战，后方指挥中心直接联系汇聚节点，汇聚节点再将指挥内容分发给分布式节点；
若不需要进行信息共享和指挥作战，汇聚节点保持持续的通信状态，其余节点均保持无线静默；
重复上述步骤直至结束。
10.根据权利要求1与权利要求6所述的一种基于分布式SAR的空中协同感知系统，其特征在于，所述协同照射平台通过发射预知的特征微波信号对目标区域进行微波照射，所述小型宽带射频接收端能接收处在接收频段的所有环境信号，所述高速信息处理主机能通过预知的微波信号特征，将环境信号分类为回波信号和干扰信号，回波信号用于SAR成像，干扰信号通过TDOA定位网络对信号源进行定位。
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