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机载多传感器数据融合的数据链应用技术_黄鹤

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机载多传感器数据融合的数据链应用技术_黄鹤 文章编号: 1001- 893X( 2004) 04- 0103- 04 机载多传感器数据融合的数据链应用技术� 黄 � 鹤 (中国西南电子技术研究所,四川 成都 610036) 摘 � 要:表述了机载多传感器数据融合基本概念, 侧重于描述战术数据链在多传感器信息融合中的 应用。 关键词:航空电子;多传感器; 数据融合;数据网络;战术数据链;联合战术信息分配系统 中图分类号:TN919 � � 文献标识码: A Data Link Application Technology in Airborne M...

机载多传感器数据融合的数据链应用技术_黄鹤
文章编号: 1001- 893X( 2004) 04- 0103- 04 机载多传感器数据融合的数据链应用技术� 黄 � 鹤 (中国西南电子技术研究所,四川 成都 610036) 摘 � 要:表述了机载多传感器数据融合基本概念, 侧重于描述战术数据链在多传感器信息融合中的 应用。 关键词:航空电子;多传感器; 数据融合;数据网络;战术数据链;联合战术信息分配系统 中图分类号:TN919 � � 文献标识码: A Data Link Application Technology in Airborne Multi- sensor Data Fusion HUANG He ( Southwest China Institute of Electronic Technology, Chengdu 610036, China) Abstract:The concept of airborne mult i- sensor data fusion is described with emphasis on the application of tactical data link in information multi- sensor data fusion. Key words:Avionics; Multi- sensor; Data fusion; Data transmission network; Tactical data link; JTIDS 一、前 � � 言 现代化空中作战平台和武器机动性能好, 攻击 力强,并采用隐身技术和先进的电子战系统, 使得现 代战场地域广阔,态势瞬息万变,信号密度高而且信 号形式种类繁多。面对不断增强的空中威胁, 必须 使用有源、无源宽频域覆盖的、多种类型的传感器和 自动化的数据处理,以使指挥员在短时间内获取全 面可靠的战争态势信息。数据融合技术应运而生, 并首先被广泛应用于军事领域。 近年来,机载传感器得到迅猛发展,所装备的传 感器越来越多、越来越先进。如火控雷达、红外搜索 跟踪、激光探测装置、电视探测装置、通信导航识别 传感器,特别是最新发展的空空、空地通信数据链和 联合战术信息分配系统( JTIDS)等,已成为现代作战 飞机了解态势环境的重要信息源。通过数据链装置 横向进行机载多传感器的数据融合,实现对多个传 感器探测信息的综合、分析和处理, 达到资源共享, 功能、性能相互弥补,得到目标状态、属性等战场态 势信息, 取得传统单平台单传感器无法完成的功能 和效果。同时大大减轻了简单增加传感器或提高传 感器性能带来的种种矛盾,提高了对目标的探测概 率,减小虚警率,受到世界军事发达国家的重视。本 文主要探讨机载通信数据链的数据融合的应用。 二、国外多传感器数据融合研究 早在上世纪 70年代初,美国就开始开展军事数 据融合的研究; 80年代, 随着传感器技术的飞速发 展和对传感器投资的增加以及超远程武器的出现和 发展,军事系统中的传感器数量急剧增加,要求系统 具有更多的信息和数据。美国国防部从海湾战争中 实际体会到了数据融合技术的巨大潜力, 更加重视 信息自动综合处理技术的研究, 宝石台!预研 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 则探讨了传感器功能的综合化。目前世界上主要军 事大国都竞相开始投入大量人力、物力和财力进行 ∀103∀ � 收稿日期: 2004- 05- 17 � 电讯技术 � 2004年第 4期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT 数据融合工作的研究。美、英、法、意、日等国已研究 出上百个军用融合系统, 如 TCAC(军用分析)系统、 BETA(战场使用和目标获取)系统、TRWDS(目标获 取和武器输送)系统、ANALYST(地面部队战斗态势 评定)系统等。美国的 F- 22等新型先进战斗机应 用了机载多传感器综合和数据融合技术, 其 CNI 系 统的一个重要特色还采用了通信数据链, 通过数据 链与其它飞机直接进行数据交换,互通飞行和战术 信息,大大提高了战斗机性能。 三、多数据链信息的融合 随着数据链技术在航空通信的应用,单一数据 链体制已不能满足作战的全部需求,必然发展应用 功能和技术性能相结合的多种体制链路系统, 这些 系统在应用上通专结合、经济性能上高低搭配、技术 手段上兼施并用,以达到空、地、海、天的立体无缝覆 盖,目前国外空中作战平台特别是大型空中预警指 挥平台越来越多地采用多数据链信道的传输。就目 前使用和发展而言, 航空通信数据链的频段覆盖了 VHF/UHF/ HF/ L/KU频域,功能上具备了自适应、抗 干扰数据通信, 组网包括点对点、广播、轮询、TDMA 等多种方式, 在实战中形成了多通道互为备份互为 补充的工作模式。 数据链是各平台数据融合节点之间快速交换传 感器数据的主要手段。多数据链信息的融合即是多 平台传感器的信息融合途径之一, 它对其它平台传 感器获得并通过不同途径的多条数据链传送的目标 状态、航迹、位置等信息进行初步的处理、评估、融 合,其结果可直接对操作员进行显示,也可经外部总 线送航电系统与本机雷达、导航传感器探测的目标 数据进一步进行融合处理。 多数据链数据融合模型如图 1所示。 图 1 � 多数据链信息融合处理模型 � � 根据链路交换的信息内容, 多数据链信息融合 在数据融合体系中为初级融合处理模式, 它完成数 据的时间校准、坐标转换和目标航迹、态势初步融 合。由于传感器和数据链具有不同的 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 (例 如,不同的航迹坐标系统、不确定性和识别表示方 法) , 数据预处理完成对多条数据链传送的相关信息 进行数据提取、转换、校准和时间同步。数据融合部 分对不同数据链传输而性质相同的信息进行相关和 初步融合; 目标状态数据库保存不同目标的数据文 件,并随着信息变化不断进行更新,数据库提供数据 的存储、共享和访问服务。经评估出的空中目标位 置、航迹、态势等信息与数据链传输的其它信息(命 令控制报文、目标分配等)合成后通过外总线与机载 导航、雷达、电子侦察( ESM)、识别等系统传感器数 据再进行关联,最终通过全局融合处理实现对目标 识别、跟踪、态势和威胁等级的估计。 数据链管理器对多数据链通道的功能分配、链 路工作方式和状态进行监控、流量分配与控制, 以及 异构数据链路互联等进行管理。 经融合的信息以多种方式显示给操作员和指挥 员,直观地描绘目标、估计的状态、相关联的性质,以 及速度、高度信息等。当接收外部数据链信息时,显 示器以符号形式动态标识编队状况下本机位置, 以 及通过数据链传输的和本机探测的友机、目标机相 对位置和属性的融合信息。目标和有关决策数据常 常用符号表示, 并用字母数字或颜色补充表示。在 ∀104∀ � 电讯技术 � 2004年第 4期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT 进行攻击时目标的威胁等级和攻击选择以数字形式 进行标识,融合信息可叠加在地图信息上。 数据从平台到平台之间的传输能力取决于可靠、 抗干扰和保密的数据链,通过数据链对我方行动(位 置、计划、状态等)以及传感器观测的信息进行交换。 使用基于数据链的战术信息分布式网络可使这些信 息在较大范围内更快、更准确地在平台间传送。 为使所有参与者都能够通过数据链互相接收数 据,必须建立统一的数据链 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,这些标准能适用于 所有系统, 并与采用的通信方式无关。数据链在战 术平台间传送的信息种类包括: 参与者的位置和状 态;参与者传感器(局部融合)数据; 目标分配; 命令 和控制报文;相关导航数据。 四、战术数据链在数据融合 处理过程的应用 空中编队各平台之间的信息交换是一个网络互 连体系结构。以简单的空战为例说明通信数据链在 空中目标多传感器数据融合处理过程: 空中目标首 先被地面远程雷达或空中预警机所发现, 其信息通 过通信数据链送战斗机指挥机(长机)系统处理后提 示进行拦截,战斗机在预定的雷达截获点,通过空中 搜索雷达发现敌机, 并通过 IFF 进行敌我识别。在 每架战斗机的数据融合系统中, 首先对数据链传输 的信息进行融合处理, 再与本机雷达、红外探测仪和 电子侦察( ESM)探测数据加以综合, 对目标航迹进 行改善,并把这些发射源与目标关联起来,识别飞机 型号, 进行态势评定和威胁等级估计。同时, 机上 IFF 询问直接发向每个目标,如确认为敌机,即通过 战斗管理算法进行相互协调,分配作战目标。 在编队行动时各个作战 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 根据作战任务和形 势进行不同的数据融合。通过战术数据网各成员交 换数据, 在每个作战单元显示空域内目标的合成画 面。各单元作为辅助传感器传送融合航迹和标识信 息,通过空空数据链与预警机上的中心目标数据库 或通过空地数据链与地面指挥站进行融合,融合后 的航迹和标识信息再传给作战单元, 对覆盖范围内 的目标进行指示。指挥机的融合系统对本机的传感 器数据进行目标特征提取(数据过滤) , 并与自身状 态和位置信息一起按照一定组网方式和协议传给编 队成员, 编队成员机也对本机传感器数据融合和滤 波,并与导航信息、状态信息送指挥机, 由指挥机对 数据进行相关处理, 并与本机探测的目标信息进行 关联。 图 2所示为一个双机编队下数传网络系统的数 据融合模型。 图 2 � 双机数据链数据融合的功能元素 � � 双机编队飞行时, 两架飞机传感器观测相同目 标及每架飞机各自看到的目标, 通过数据链交换自 身位置和状态数据和融合的传感器数据。长机的融 合系统对本机传感器数据进行目标提取和数据过 ∀105∀ � 电讯技术 � 2004年第 4期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT 滤,并与自身状态和位置信息一起传给僚机。长机 对导航传感器测量的空间和地理位置坐标进行校正 处理,将它们变换到一个公共坐标系统,并根据数据 链传送的位置信息进行校正, 改善空间精度。僚机 类似地把本机传感器数据进行融合、滤波,并与导航 信息、状态信息一起传给长机,长机将僚机数据与本 机的探测数据和航迹相关联。每架飞机的传感器的 探测数据、航迹数据及识别结果保存在一个局部数 据库中,飞行员可在各自显示器上看到以地理坐标 表示的数据库数据。 坐标转换的方法如下: 相对与我机的坐标是雷达坐标, 目标在空中位 置用斜距 r、方位角 �、俯仰角 �、高度 H 来表示。目 标在直角坐标中的位置为( x, y, z) ,则有 r = x 2 + y 2 + z 2 �= arctan x y H = r # sin�+ r2 17 000 (1) � � 其中高度的计算公式是考虑标准大气折射条件 下球形地面以后的目标高度。给定目标航迹的初始 点( r0, �0, H0)对应目标航迹在直角坐标中的初始点 (x0, y0, z0)为 z 0 = r 0sin�0 = H 0- r 2 0 17 000 x 0 = r0cos�0sin�0 = r 0sin�0 1- sin2�0 y 0 = r0cos�0cos�0 = r 0cos�0 1- sin2�0 (2) � � 航迹融合处理分为航迹关联和航迹融合 2个方 面。 (1)确定多传感器的航迹是否对应于同一个目 标,称为 航迹关联! 航迹关联有 2种意义上的关联, 一种是确定不 同传感器航迹(有时间重迭)是否是同一目标的航迹 的关联;另一种是将 2段不同但相邻的时间周期的 航迹关联, 形成完整航迹的关联。航迹关联算法包 括最近相邻法、概率数据关联( PDA)、极大似然法 等。 ( 2)对属于同一目标的不同航迹进行融合处理, 获得目标的融合航迹,称为 航迹融合! 航迹融合采用的方法有航迹选择、状态矢量融 合及测量数据融合方法。航迹选择的方法是在所有 同一目标的所有传感器航迹中, 选择一个准确度最 高的传感器航迹直接作为融合的目标航迹;状态矢 量融合方法是将同一目标的关联航迹的状态估计在 线性估计处理器中进行组合,将组合后的状态估计 传送给中心滤波器进行处理;测量数据融合是在完 成航迹关联之后再在中心融合节点对传感器的观测 数据进行递推滤波处理。 五、结束语 近年来,随着数学、计算机科学、自动控制理论、 人工智能、通信技术等学科的进步,我国在数据融合 技术理论研究有了很大发展。未来机载多传感器数 据融合技术的发展向着多平台、模块化、自动化、智 能化发展。基于知识工程、数据库的专家系统在军 事上的应用将操作员和军事指挥员的负担减少到最 低程度。 机载多传感器数据融合是未来航空电子发展必 须面临的问题, 是一个庞大的系统工程。本文力图 表述数据链的在数据融合处理过程的应用,笔者就 有关技术问题提出的粗浅看法仅供参考。 参考文献 [ 1] � 刘同明, 夏祖勋,解洪成. 数据融合技术及其应用[ M ] . 北京: 国防工业出版社, 1998. [ 2] � 田省民, 雷讯.机载多传感器数据融合技术在空战中的 应用系统的综合[ J] . 航空电子技术, 2002, ( 1) . [ 3] � 乔文升� 空地数据链路研究[ J]� 电讯技术, 2001, 41( 6) � [ 4] � 郭志恒, 等.机载多传感器两种数据融合方法探讨[ J] . 电光与控制, 1997, ( 3) . [ 5] � 王良刚. 战术数据链与数据融合技术[ J] . 电讯技术, 2004, 44(增刊 1) . [ 6] � 数据融合技术译文选[ M] .石家庄: 电子工业部第 54 研 究所, 1993. [ 7] � 杨成雷, 黄智刚 ,张军. 新航行系统中的 ATN 及 VDL2 技术[ J] . 电讯技术, 2003, 43( 3) . 作者简介: � � 黄 � 鹤(1971- ) ,男, 四川巴中人, 工 程师。 ∀106∀ � 电讯技术 � 2004年第 4期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT
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