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1、X 毫 米 波 红 外 复 合 制 导 自 动 策 略生 成 算 法 研 究 3黎 湘 傅 耀 文 庄 钊 文 刘 郁 林(国 防 科 技 大 学 电 子 工 程 学 院 精 确 制 导 A TR 国 防 重 点 实 验 室 , 湖 南 , 长 沙 , 410073)摘 要 分 析 了 环 境 和 气 候 等 因 素 对 毫 米 波 雷 达 和 红 外 传 感 器 性 能 的 影 响 , 获 得 了 两 类 传 感 器 的环 境 及 气 候 模 型 . 在 此 基 础 上 , 提 出 了 一 种 基 于 各 传 感 器 性 能 模 型 的 红 外 毫 米 波 复 合 自 动 策 略生 成 算
2、法 . 在 自 动 生 成 复 合 策 略 的 同 时 估 计 出 复 合 后 的 性 能 , 以 供 复 合 制 导 中 对 传 感 器 的 控 制使 用 . 该 方 法 的 仿 真 实 验 结 果 与 预 先 的 分 析 结 果 较 好 地 相 符 .关 键 词 传 感 器 , 复 合 , 自 动 策 略 生 成 .引 言多 模 复 合 制 导 即 采 用 具 有 互 补 性 能 的 两 种 或 两 种 以 上 传 感 器 , 在 不 同 制 导 段 由 各 传 感器 的 性 能 特 点 决 定 各 传 感 器 是 否 工 作 , 以 实 现 精 确 打 击 的 目 的 . 毫 米 波 雷
3、 达 距 离 分 辨 率 高 、波 束 宽 并 具 有 良 好 穿 透 性 能 , 适 于 大 范 围 搜 索 、 截 获 目 标 , 同 时 , 毫 米 波 雷 达 还 能 从 目 标 反 射回 波 中 提 取 到 频 谱 、 幅 度 、 相 位 、 极 化 等 多 种 供 目 标 识 别 用 的 信 息 , 弥 补 了 红 外 传 感 器 在 这 些方 面 的 不 足 . 而 红 外 传 感 器 的 角 分 辨 率 高 、 制 导 盲 区 小 , 可 以 克 服 毫 米 波 雷 达 近 距 离 闪 烁 漂移 大 的 缺 点 . 从 目 标 隐 身 角 度 来 看 , 对 红 外 隐 身 要
4、 求 目 标 的 反 射 性 能 好 而 对 毫 米 波 隐 身 要 求目 标 的 反 射 性 能 差 , 目 前 还 没 有 一 种 材 料 能 同 时 对 毫 米 波 和 红 外 有 效 地 隐 身 . 因 此 , 毫 米 波 红 外 复 合 制 导 正 成 为 目 前 多 模 复 合 制 导 的 研 究 重 点 .在 导 引 头 运 动 过 程 中 , 为 了 充 分 利 用 各 传 感 器 资 源 使 系 统 性 能 达 到 优 化 , 就 需 要 根 据 各传 感 器 不 同 制 导 段 的 性 能 特 点 来 有 效 控 制 和 管 理 这 些 传 感 器 , 即 自 动 生 成
5、复 合 策 略 . 例 如 ,在 弹 体 运 行 过 程 中 , 随 着 弹 目 距 离 不 断 变 化 , 毫 米 波 雷 达 和 红 外 传 感 器 的 性 能 相 差 很 大 , 故复 合 策 略 将 表 现 为 在 某 些 距 离 段 上 只 有 其 中 一 种 传 感 器 有 效 , 在 某 些 距 离 段 上 两 种 传 感 器同 时 有 效 , 而 且 在 不 同 的 距 离 段 上 , 对 两 种 传 感 器 的 复 合 加 权 也 不 相 同 . 这 将 直 接 影 响 后 续的 复 合 性 能 . 同 理 , 环 境 等 因 素 也 将 同 样 对 复 合 策 略 产 生
6、影 响 . 总 得 来 说 , 复 合 策 略 生 成 应 该是 一 个 超 平 面 性 能 图 的 有 效 组 合 问 题 . 本 文 着 重 研 究 红 外 传 感 器 和 毫 米 波 雷 达 在 不 同 环 境及 气 候 下 的 性 能 模 型 , 依 据 这 些 性 能 模 型 研 究 供 复 合 控 制 使 用 的 管 理 策 略 生 成 算 法 , 文 章 最后 给 出 了 实 验 结 果 .第 17 卷 第 4 期1998 年 8 月红 外 与 毫 米 波 学 报J. Infrared M illim. W avesV o l. 17, N o. 4A ugust, 1998X
7、国 家 自 然 科 学 基 金 (编 号 : 69402006)和 国 防 预 研 基 金 (编 号 : 95J6A. 6. 3)资 助 项 目稿 件 收 到 日 期 1997212222, 修 改 稿 收 到 日 期 19982052041 红 外 传 感 器 和 毫 米 波 雷 达 的 环 境 和 气 候 性 能 的 建 模本 文 自 动 策 略 生 成 算 法 中 采 用 了 因 素 性 能 模 型 库 技 术 , 先 建 立 各 因 素 不 同 传 感 器 的 性能 模 型 , 集 合 后 称 之 为 性 能 模 型 库 . 在 实 际 应 用 时 实 时 通 过 算 法 来 提 取
8、符 合 环 境 和 气 候 情 况的 性 能 曲 线 以 获 得 传 感 器 自 动 管 理 的 策 略 . 因 此 , 建 立 合 理 的 传 感 器 环 境 及 气 候 性 能 模 型 至关 重 要 . 在 不 同 的 天 气 , 不 同 的 环 境 以 及 不 同 的 弹 目 距 离 等 条 件 下 , 毫 米 波 和 红 外 传 感 器 的性 能 差 别 很 大 , 用 数 学 方 法 来 建 立 性 能 模 型 是 比 较 复 杂 的 . 本 文 以 主 动 毫 米 波 红 外 反 地 面目 标 复 合 制 导 为 研 究 背 景 , 主 要 考 虑 : 天 气 (晴 天 、 雨 天
9、 、 雾 )、 温 度 、 环 境 (沙 地 、 树 林 、 草 地等 )、 距 离 4 种 因 素 . 传 感 器 性 能 有 很 多 衡 量 标 准 (检 测 概 率 、 虚 警 概 率 、 识 别 概 率 等 ) , 本 文 采用 恒 虚 警 下 的 目 标 检 测 概 率 作 为 传 感 器 的 性 能 标 准 . 下 面 分 别 讨 论 毫 米 波 雷 达 和 红 外 传 感器 性 能 的 数 学 模 型 .1. 1 毫 米 波 传 感 器 性 能 模 型毫 米 波 子 源 采 用 阶 梯 变 频 体 制 的 雷 达 . 雷 达 的 检 测 概 率 P d 由 雷 达 接 收 机 终
10、 端 的 信 噪比 和 信 杂 比 决 定 . 下 面 以 对 地 面 金 属 目 标 为 例 分 析 各 种 因 素 对 雷 达 信 噪 比 和 信 杂 比 的 影 响 :(1) 信 噪 比 计 算 1 输 入 端 信 噪 比 的 计 算 为 :SN R i = P tG2K2RT(4P) 3R 4K T 0B FL R F 10- 0. 2AR , (1)式 (1)中 P t 为 发 射 功 率 , G 为 天 线 增 益 , K为 工 作 波 长 , RT 为 目 标 的 雷 达 截 面 积 , R 为 弹 目 标距 离 , K 为 波 尔 兹 曼 常 数 , T 0 为 环 境 温 度
11、 ,B 为 带 宽 , F 为 系 统 噪 声 系 数 , L R F为 射 频 插 入 损耗 , A为 传 播 衰 减 .对 信 号 适 当 处 理 的 结 果 , 终 端 信 噪 比 可 得 到 改 善 , 具 体 的 计 算 为SN R = SN R i SN R iSN Ri + 2. 3nL - 1p , n = B Sp P R F T i, (2)式 (2)中 L p 为 信 号 处 理 损 耗 , Sp 为 脉 冲 宽 度 , P R F为 脉 冲 重 复 频 率 , T i 为 积 分 时 间 .(2) 信 杂 比 计 算 1 输 入 端 信 杂 比 为S CR i = RT
12、 Rc, (3)式 (3)中 RT 为 目 标 的 雷 达 截 面 积 , Rc 为 波 束 照 射 的 杂 波 面 积 .Rc = R HC Sp2 R0S ecHdep , (4)式 (4)中 H为 半 功 率 点 波 束 宽 度 , Sp 为 脉 冲 宽 度 , R0 为 地 面 雷 达 单 位 截 面 积 , Hdep为 俯 视 角 .雷 达 终 端 信 杂 比 为S CR = S CR i S CR iS CRi + 2. 3nL - 1p , (5)272 红 外 与 毫 米 波 学 报 17 卷由 上 面 信 噪 比 SN R i 计 算 可 以 看 出 它 近 似 与 弹 目
13、距 离 R 的 4 次 方 成 反 比 . 但 是 , 当 弹 目 距 离R 300m 左 右 时 , 由 于 在 目 标 上 具 有 多 个 强 散 射 源 分 布 , 使 得 雷 达 接 收 的 回 波 功 率 方 向 偏离 了 雷 达 与 目 标 中 心 联 线 的 方 向 即 产 生 角 闪 烁 , 从 而 使 毫 米 波 雷 达 性 能 下 降 .烟 雾 对 100GH z 以 下 的 毫 米 波 影 响 较 小 , 可 以 忽 略 . 毫 米 波 在 雨 区 中 的 后 向 散 射 对 雷 达等 系 统 是 一 种 不 可 忽 视 的 杂 波 干 扰 . 对 雨 杂 波 度 量 的
14、 一 个 基 本 量 便 是 降 雨 雷 达 反 射 率 G, 考虑 雨 介 质 多 重 散 射 时 , G(m 2m - 3)与 降 雨 率 R a (mm h)呈 幂 指 数 关 系 :G= AR ba. (6)各 种 地 物 杂 波 对 毫 米 波 雷 达 性 能 的 影 响 可 以 通 过 计 算 地 物 杂 波 的 单 位 截 面 积 来 描 述 .1978 年 乔 治 亚 工 学 院 用 当 时 获 得 的 数 据 以 半 经 验 的 方 法 建 立 了 一 种 地 物 杂 波 模 型 :R0 (d b) = - C 1 + C 2 log10 (H H0) - C 3 log10
15、 (K K0) , (7)式 (7)中 R0 为 雷 达 单 位 截 面 积 , H为 仰 角 , K为 发 射 波 长 .1987 年 Cu rrie 等 人 又 提 出 一 种 新 的 杂 波 修 正 模 型 :R0 = A (H+ C ) B , (8)并 给 出 了 35GH z 和 95GH z 时 4 种 典 型 地 物 杂 波 模 型 常 数 (见 表 1).表 1 35GHz 和 95GHz 时 4 种 典 型 地 物 杂 波 模 型 常 数Table 1 The model parameters of 4 typ ical ground clutters at 35GHz a
16、nd 95 GHz杂 波 类 型 频 率 f GH z A B C湿 雪 35 0. 23 1. 5 0. 03395 0. 58 1. 5 0. 037干 雪 35 2. 30 1. 5 0. 03595 3. 00 1. 5 0. 037树 35 0. 047 0. 5 0. 03195 0. 34 1. 5 0. 035草 农 作 物 35 0. 30 2. 0 0. 03695 0. 20 1. 0 0. 036综 合 以 上 性 能 模 型 可 得 出 毫 米 波 传 感 器 的 性 能 曲 线 , 在 本 算 法 中 , 采 取 弹 目 距 离 连 续 变化 , 气 候 和 环 境 离 散 建 模 的 方 法 , 具 体 说 , 就 是 模 型 库 中 分 别 存 储 不 同 环 境 和 气 候 下 的 随 距离 变 化 的 毫 米 波 雷 达 性 能 曲 线 , 由 先 验 知 识 实 时 提 取 合 乎 战 场 环 境 和 气 候 的 性 能 模 型 曲 线供 后 续 的 复 合 策 略 生 成 算 法 使
