随着技术的发展,传感器逐步被应用到各个领域。现今各国军队已经拥有了多种多样的传感器,作为军事系统的眼睛,传感器到决策层这样一个军事回路决定着军事决策、判断和行动的准确和快速性。
总体来说,目前的传感器分为两类,第一类是有源的,也就是主动辐射信号进行目标探测,典型的如雷达和激光探测器。第二类则是无源的,依靠对方辐射的信号确定目标各类要素,典型的有无源雷达,红外感应器和光学照相机。传感器数目众多,但在不同类型之间大多处于各自为战的局面,大大局限了探测范围和探测精度,把这些传感器的探测结果融合到指挥专网上进行综合处理,这就是未来指挥作战体系的发展方向——多传感器数据融合技术。
为什么要融合?
既然一个传感器能够探测到所有范围,为什么要进行融合呢?答案很简单,不同的传感器可以优势互补,效能倍增。举例来说,预警机和战斗机使用的L、S和X波段雷达一般波长位于分米到毫米数量级,而隐身飞机对这些波段的雷达隐身效果极佳,因此很难发现。但对米级波段的雷达隐身效果就很差,飞机很多部件会和米波产生共振,释放出极大的回波,因此隐身飞机对米波隐身是无效的,但米波雷达因波长太长,分辨率极低,无法看出回波具体目标。这两个雷达进行数据融合后,就可以先用米波雷达进行测量,发现疑似目标后再使用预警雷达探测,如果在该地没有发现目标,就可以判定该处可能有隐身飞机,从而颠覆隐身飞机作战的物理基础。
通常来说,多传感器融合由于实现了优势互补,在指挥专网得到的数据量要比遍布战场的单传感器多的多,且探测精度更高,目标性质更加明确。还可以根据融合结果脱离数据层面的单纯探测,在决策层综合判断整个战场态势,实现指挥控制智能化、最优化。
怎样进行融合?
一个多传感器数据融合系统分为两个级别的处理功能,在第一级别,主要是数据方面的处理,得到数字结果(如位置、速度、目标类型)。在第二个级别,处理主要是符号处理,处理更为抽象(如威胁,意图,目的),假设系统用几个传感器同时监视同一空域中不同类型运动目标,当可获得数据的工作频率在整个电磁波谱上尽可能宽时,此时多传感器最大化了所获取的数据独立性,特别是当他们同时使用主动工作方式和被动工作方式时更为明显。
传感器扫描监视区域并报告在每一次扫描中发现的所有探测目标,每个传感器都独立进行测量,并给予信号特征采用判决方法判定是否发现目标,一旦探测到目标,测量参数被传送到融合处理节点进行处理。指挥中心系统则根据这些数据相关性处理,并且与之前探测到的数据进行关联,在基于状态和特征的判断之下,做出一个决策。
在每次扫描结束后,从新的或已存在的目标信息中,指挥系统还可以做出下一步目标信息的估计,使用的方法例如最小二乘法和卡尔曼滤波法,这些方法在潜艇声呐信号处理上被普遍采用。