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1、 8 传感器管理技术在多传感器信息融合系统特别是大型的信息融合系统中，存在大量的同质和异质传感器，它们从 不同侧面反映了观测对象的特性，如何有效地管理 这些传感器直接影响融合系统的性能。该节主要讨论传感器管理的内容、体系结构、功能和方法。8.1 传感器管理的内容与体系结构在多传感器信息融合系统中，只有有效地管理和利用有限的传感器资源，才能满足对多个目标和扫描空间的要求，获得最优的检测概率和截获概率 ，提高传感器自身的发射能力和目标跟踪精度，减 小目标丢失概率。虽然不同传感器的物理特性和担负的任务不同，但传感器管理的基本内容是相似的。8.1.1 传感器管理的内容（1）空间管理传感器的空间管理包括
2、确定非全向传感器的空间监测方向；控制传感器的视野在监测范围内有规 律的移动（即扫描），以搜索和截获新的目标，或 者周期性地再现目标点，获得运动目标的轨迹。传感器管理的内容一般包括以下三个方面。（2）模式管理传感器的模式管理是选择传感器的内部参数，确定传感器的工作模式，主要包括对传感器的孔径 、搜索模式、信号波形、功率大小和处理技术的选 择。（3）时间管理时间管理主要是对传感器的操作进行定时管理，保证传感器与其他传感器或与目标环境中的事件 （如目标检测、丢失、对抗活动）同步。根据多传感器系统所拥有的传感器和平台的数量不同，传感器管理具体可分为以下三类：（1）传感器级的管理在传感器级的管理中，传感
3、器需要根据探测概率、航迹精度和分类准确度等需求，对其监测方向 、航迹更新和回波采集的优先级等进行控制，高度 灵活地调整目标扫描时间和再现目标时间，保证维 持航迹和一定的照射目标时间，获得目标的特征测 量。这类传感器管理的目的是最有效的使用时间。（2）基于单平台的多传感器管理在基于单平台的多传感器管理中，传感器的管理就是最有效地利用各个传感器的不同特征和时间 。（3）基于多平台的多传感器管理在基于多平台的多传感器管理中，为了实现多传感器对同一目标的监视，获取目标的精确定位数 据，需要根据各传感器的位置坐标，控制传感器之 间的目标交接，保证当目标从一个传感器视野进入 另一个传感器的视野时，后者可取
4、代前者对目标继 续进行监视跟踪。总之，传感器资源管理的目的是充分利用有限的传感器资源，尽可能扫描整个目标空间，监视多 个目标，得到最优的目标探测性能。传感器管理的结构分为集中式管理结构和分布式管理结构。8.1.2 传感器管理系统的体系结构（1）集中式管理结构集中式管理结构是指传感器的管理由融合中心统一负责，各个传感器需要执行的任务和完成该任 务的参数集或运行模式由融合中心控制，传感器只 需要对其物理资源进行管理。集中式管理结构主要 用于传感器级和简单的单平台多传感器系统中。集中式管理结构简单，融合中心拥有整个系统最完备的信息，能够实现精确合理的传感器运行参数 和模式的设置、传感器与任务的配对以
5、及多任务间的 协调等功能。 集中式管理结构的缺点 集中式管理结构的优点在集中式管理结构中，融合中心难以对各个传感器的负载情况作出适时的评估，在多任务时容易造成 负载不均衡，甚至出现个别传感器严重过载无法完成 任务的情况。此外，随着系统中传感器数目的增多， 融合中心的计算量会急剧上升，通信量也会大大增加（2）分布式管理结构分布式管理结构是指传感器的管理功能分布在系统的不同位置或不同传感器中。分布式管理结构主 要用于复杂的单平台多传感器系统或多平台多传感器 系统中。在分布式管理结构中，处理任务分布在不同的处理器中，这样可以把内部的快速循环时间和低速运 行的循环时间分割开来（比如：关于波形的选用或驻
6、 留时间的决策要比关于目标优先权的决策时间快）。分布式管理结构可以最小化系统的通信负载，改善系统的集成性能，但任务冲突和竞争使任务协调 变得更加复杂。在分布式管理结构中，传感器的管理可以采用 宏观管理/微观管理相结合的分层管理模式。单平台多传感器系统的宏观/微观管理如图8.1所示，而多平台多传感器系统可以通过多个类似这样的系统交互形 成网络化的系统。传感器数据 处理、目标 跟踪与识别传感器微观理器数据关联 融合跟踪 融合识别态势、威胁 估计传感器宏观管理传感器操作员要完成什么任务如何完成指定任务传感器状态 和能力探测波形、 工作模式 选择高层 任务 指令目标 跟踪 识别 数据传感器1传感器3
7、传感器2图8.1 单平台多传感器的宏观/微观管理框图传感器的宏观管理主要决定传感器要执行什么任务，主要涉及传感器调度、线性规划和动态规划、 目标排序、决策支持和态势威胁估计等技术。传感器的微观管理决定某个传感器怎么去完成分配给的任务，即各个传感器如何选取参数控制或模 式。微观管理主要涉及控制与优化、多属性决策和时 间调度等技术。传感器管理的通用功能模型如图8.2所示。8.1.3 传感器管理的功能模型事件预测目标优先级处理： 威胁 捕捉时机 信息需求传感器预测传感器实现 模型空间时间 作用范围控制传感器目标分配分配目录与控制传感器 接口目标评估（ 目标状态与 属性）态势与威胁 估计目标数 据库传
8、感器状态传感器管理功能人工优先级 控制任务 控制指示控制数据 状态目标优 先级传感器实现传感器 能力搜索优 先级空间 时间参数（1）事件预测时间预测是根据当前事件、目标状态以及战术原则，预测目标未来事件，检测或验证期望事件。例如 ：目标跟踪过程中的，可以根据状态预测数据来控制 传感器的空间检测方向。（2）目标优先级处理目标优先级处理是根据目标状态与属性、态势评估与威胁估计、目标事件预测以及人工优先级控制等 信息建立一定搜索空间内目标的相对优先级。当传感 器资源有限而又有多个目标存在时，目标优先级的设 置是十分必要的，它是确定传感器资源综合使用方案 的前提。（3）传感器预测传感器预测是根据传感器
9、性能模型、传感器状态 （来自传感器接口）以及传感器空间时间覆盖控制等信息确定传感器的能力和对目标的有效性。为传 感器向目标分配方案的确定提供依据。（4）传感器向目标的分配在多传感器多目标情况下，传感器向目标的分配 是根据目标优先级、传感器预测结果、空间时间搜索优先级将多个传感器分配给多个目标。分配方案 通常是在优化某个组合目标函数的基础上形成的。（5）传感器空间时间作用范围控制传感器空间时间作用范围控制是根据传感器系统对敌方目标的检测、跟踪和识别性能以及我方 传感器被检测概率等要求控制各个传感器的空间覆盖 范围和时间覆盖范围。该控制的主要目的是保证传感 器系统不丢失已发现的目标，同时还要搜索进
10、入系统 监视空间的新目标。（6）传感器配置和控制策略利用传感器空间时间范围控制提供的信息，将传感器分配方案转换成对传感器的操作命令，必 须考虑的因素有以下几个方面。反对抗措施为了使我方传感器的抗干扰能力达到最优，在管理传感器时就需要控制传感器频带、空间和时间的 使用，避免敌方对抗措施对我方传感器系统的影响。发射控制为了避免我方传感器被敌方侦查到，需要控制这些传感器的发射功率、脉冲宽度、空间覆盖和工作 模式等，将传感器的被检测概率或被识别率降至最小 。目标指示和交接任何一个传感器的空间覆盖范围和搜索能力是有限的，为了实现对目标的连续跟踪，就必须实现传 感器之间的目标指示和交接，保证当目标从传感器
11、1 的搜索区域进入传感器2的搜索区域时，传感器2能够连续跟踪到同一目标。调度将传感器的工作模式、监测指向以及是否有源工作等操作按时序进行控制和调度。调度时需考虑的 约束条件有以下几个方面：a）为了使目标的时空校准误差最小，应采用多个传感器同时对目标进行观测；b）为了提高传感器的工作效率，尽可能减小传感器复位时间与探测目标时间的比值；c）为了避免丢失目标或使目标航迹不连续，要求传感器之间的目标指示和交接时间同步；d）为了降低我方传感器被探测和发现的概率，需要根据敌方传感器的扫描方式确定我方有源发射的时间 ；e）为了保持目标航迹的连续性，传感器应具有一定的目标再现率。8.2 传感器管理的功能主要介
12、绍传感器管理的功能，包括目标优先级建立、传感器向目标分配、传感器控制、传感器指 示与交接以及传感器系统资源优化等。8.2.1 目标优先级的建立当传感器资源有限而又有多个目标需要同时监视时，把传感器向这些目标分配之前需要按照目标 的重要性确定目标优先级。例如，边跟踪边扫描雷 达，为了完成同时监视一个以上目标的任务，它需 要对正在检测的每个目标和将要搜索的新目标进行 优先级排序，选择传感器对目标的分配。（1） 自主地建立目标优先级自主建立目标优先级主要适用于集中式数据融合系统或单个自主式多传感器武器平台，它们根据 观测到的目标特性建立目标优先级。在目标优先级 确定中需要考虑如下因素：目标优先级建立
13、的方式可分为自主地建立目标优先级和协调地建立目标优先级，不同的传感器系 统对应不同的方法。目标身份和类型军事目标的身份（敌/我/友方）和类型（航空母舰、驱逐舰、护卫舰、导弹快艇、运输舰等）是目标 优先级确定的关键因素，它直接关系到目标是否对我 方防御系统构成威胁以及我方进攻性武器实施攻击的 时机。信息需求信息需求是为了准确地建立、更新目标的位置和身份所需要的传感器附加信息。例如，在定位和跟 踪系统中状态估计的误差协方差信息；目标识别系统 中识别可信度信息等。目标威胁等级目标威胁等级是敌方目标对我方具有的威胁程度，它通常与目标的作战意图、作战能力和威胁时间 等因素有关。在建立目标优先级时，目标的
14、威胁等级 通常作为一种“防御”因素来考虑。攻击时机攻击时机是对我方武器打击并摧毁敌方目标能 力的一种度量，它是一个“进攻”因素。例如，对于一个导弹系统，攻击时机是由与导弹发射包络线有关的 目标几何位置决定的，它可以用预测的摧毁概率作为 时机的度量值。火控需求如果融合系统所使用的传感器同时担负火控任务，则需要首先考虑火控需求。例如，假如需要火控 雷达对飞行中的制导导弹提供数据链时，就必须在导 弹自动结束战斗或完成命中估计前优先考虑火控雷达 的需求。（2） 协调地建立目标优先级当使用两个以上的传感器平台对目标进行检测时，就需要在各平台之间协调，统一进行目标优先级排列。在这种情况下，目标优先级的建立
15、首先是 对目标进行分组，并把所有的传感器平台分配给这 些目标组，然后各平台自主地建立相应目标组中各 目标的优先级。目标分组的方法有很多，可按照目标相对于传感器平台的空间位置来划分，也可按照 传感器相对于目标进行观测所能达到的最大综合效 能来划分。8.2.2 传感器向目标分配当传感器系统工作在多目标环境时，传感器管理需要解决多传感器到多目标的分配问题。当被监视目标相对于传感器的数目和传感器的观测范围来 说较少时，传感器的分配问题可以采用一种传感器 引导其他传感器的方法。例如：用一种分辨率较低 但是视野较大的传感器进行大范围的快速搜索，发现目标并获得目标位置估计，然后引导高分辨力的 传感器去跟踪目
16、标。但是，在目标分布密度较高时 ，由于传感器资源是有限的，这就需要复杂的分配 方法。常用的处理方法有两种：一种是时间片轮转法，即在同时对多个目标进行跟踪时，按一定的时间 周期，轮流更新所有目标的航迹文件；另一种方法 是首先建立目标之间的相对优先级，优先级越高的 目标被跟踪的频率也越高。传感器分配方案的确定原则是使系统的综合探测性能达到最优。对于同类传感器系统，要求最优分配方案能够使所有传感器的合成视场覆盖所有目标，并且对任 一目标的漏检率最小。对于不同类传感器向目标分配，需要考虑以下因素：（1）所有传感器的总覆盖区域或监视空间的大小；（2）航迹估计的连续性及估计精度；（3）传感器发射控制。例如：控制主动式（有源） 传感器的发射信号，使其不被敌方传感器发现；（4）目标的分类方法和分类的模糊性。在进行传感器分配时，首先要建立分配准则，然后通过线性规划方法来解决。分配准则是满足以 下条件的目标函数：（1）能够计算互不相容的各个分配方案的最大代价 和最小代价；（2）能够从数学上定义传感器使用的线性约束条件 ； （3）能够量化有限
