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1、目标探测基本属性与广义目标探测方程邓甲昊（北京理工大学宇航学院，北京100081）摘要 基于探测学基本原理，以目标探测为对象分别讨论了目标探测的基本哲学 属性、一般工程属性及现代目标探测的特殊性。从系统出发讨论了目标探测的系 统性内涵，提出了广义目标探测方程，并分别以多卜勒无线电、激光、电容三个 典型的目标探测体制为例进行了应用分析。关键词：目标探测；探测器；探测方程；哲学属性；系统分析STUDY ON THE BASIC ATTRIBUTES OF THE TARGET DETECTION AND A GENERAL TARGET DETECTING EQUATIONDENG Jia-hao
2、（School of Aerospace Science and Engineering, Beijing Institute ofTechnology, Beijing 100081, China）Abstract: Based on the basic detection theory and focused on the target detection, the main philosophical attributes, the general engineering properties and the specialties of the modern target detect
3、ion are discussed. In accordance with the system theoretical viewpoint, the systematic concept of the target detection is expounded and a general target detecting equation is set up. Taken three typical target detecting systems as an example separately, which includes Doppler radio detector, laser d
4、etector and capacitance detector, their application analyses are madeKey words: target detection; detector; detection equation; philosophy attribute; system analysis1引言目标探测是人类现实生活中普遍存在且不可或缺的行为过程。从对微观物体的显 微探测到对外星的天体探测，在当今信息时代目标探测技术为人类搭建了认识世 界（乃至宇宙）和改造世界的桥梁。从称之谓“血管清道夫”的微型医疗机器人 到天体卫星均通过探测器实现准确目标探测。社会发展
5、的需求牵引与现代科技的 进步推动，使现代目标探测器从早期单一功能的纯信息获取元件发展至集感知、 识别、选择、最佳实时控制于一体的综合作用智能单元。为准确识别目标，探测 器借助某种或某几种物理场（如碰炸引信的应力场，无线电雷达的电磁场，红外 雷达的热辐射场，声呐的声场，磁传感器的磁场等）与目标建立起以识别在该类 物理场条件下的特有目标信息为目的的能量流与信息流。探测目标时，由探测器 接收该信息流中所携带的某些信息特征量，并由信号处理器处理判别，完成对目 标的识别。综观目标探测技术发展史，探测器从早期的应用应力场实现对目标的 一维、零距离的探测，已逐步发展至利用电磁辐射场，光场等多种物理场实现对
6、目标的三维、近、远程的不同探测。作为目标探测技术领域的一个重要分支，现 代目标探测除遵循一般目标探测的基本规律外，还具有其本身的内在规律和特殊 性。探索并掌握这些基本理论和规律，不仅对现役探测器的分析研究和改进设计 大有裨益，而且对新体制探测器的设计研制具有重要指导意义。2目标探测的基本哲学属性作为一个行为过程，目标探测具有其基本的哲学属性。主要有以下几方面：（1）目的性正如“系统”、“控制”均具有目的性一样1 3 ,目标探测也具有目的性。 任何毫无目的的对客观存在物的被动“感觉”均不称之谓探测。作为一个特殊的 信息控制系统，探测器进行目标探测的主要目的不是对其进行跟踪、监督或控制 就是对其进
7、行毁伤、摧毁或消除。（2）客观性目标探测的客观性主要体现在两个方面：？目标存在的客观性。即探测器所探测 的目标一定是客观存在的，任何在理念上对主观臆造的“虚无目标”的“探测” 是不可实现的；？目标特征的客观性。目标因其所构成的物质成分、结构、形态、 物理特性等不同而具有不同的目标特征，这些特征是客观存在的。探测装置应用 不同体制的探测器来实现对具有不同目标特性目标的探测，正是基于不同目标间 存在特征差异的客观性。如近炸引信用磁探测器来识别铁磁目标是因为客观上铁 磁目标具有对磁场产生扰动的属性，而非铁磁物质的目标则无此属性。（3）相对性指探测器对目标认识的相对性。从理论上讲，表征目标特性的信息特
8、征量是无限 多的，而某一体制的探测器对目标所能探测到的表征目标信息的特征量是有限的 （有的仅有一种）。如无线电多普勒探测器所探测的仅是目标对电磁波的反射特 性，而被动声探测器则识别的是目标发出的声特性。另外，即使针对某种信息特 征设计的探测器，该探测器对这种信息特征的提取、判别的准确程度会因探测器 性能参量、探测环境参量、以及探测器、目标、环境三者相关参量的不同而不同。 雷达或近炸引信要求其信号处理电路具有抗背景干扰的能力，正是基于这一属 性。（4）动态性这不仅因为处于客观世界的被探测目标和由物质构成的探测器以及二者所处的 探测环境无时不处在绝对的运动状态，更要指出的是，在目标探测过程中，探测
9、 器、目标及环境之间的探测状态（相对位置、关系等）无时不在发生着变化（不仅 在微观上）。探测系统这种状态的动态性在卫星、制导雷达或引信目标探测中（如 弹目交会过程中）尤为突出，正是基于此属性，卫星、雷达或引信对目标探测提 出了实时性要求。3目标探测的多维性和选择性以上是从哲学的角度来归纳目标探测基本属性的，从工程应用角度还可归纳出目 标探测具有多维性和选择性等特征。多维性是基于探测器对目标认识的描述参量的。如探测器仅能探测目标距离则可 视为一维探测，而当它既能识别目标距离又能确定目标方位则可视为二维探测， 同理若再能识别目标的特定部位（如易损部位等）则可称之为三维探测。总之， 目标探测具有多维
10、性，其维数的多少随探测器对目标认识程度的不同而不同。它 也受探测器战技指标要求所制约。选择性指对确定的探测指标可选择不同的探测体制来实现。既可根据能最有利地 实现这一指标的某种目标特征量选择探测器，也可根据探测器本身的体制特点选 择某种或某几种探测器可辨识的目标特征量进行识别。如若要求探测器对大地目 标进行近距离定距，我们既可根据大地对电磁波的反射特性选择无线电多卜勒探 测器，也可根据大地能对静电场产生扰动的特征选择电容探测器来实现。同理， 对于同一个无线电多谱勒探测器而言，它既可以识别大地目标，也可以识别坦克、 飞机等装甲目标。当然视战技指标不同究竟最终选择何种体制应遵循（包括性价 比在内的
11、）综合最优原则，需要指出的是，这种“双向选择”是基于目标特性的， 即我们不能选择对所探测目标任何信息特征量都不能识别的探测器（如不能针对 非铁磁物质目标选择磁探测器）。4现代目标探测的特殊性现代目标探测以微小型系统探测器和现代军用武器系统探测器为应用标志。由于 这些探测器作用及使用的特殊性（两重性），使现代目标探测技术与以往一般民 用产品中所涉及的目标探测技术有着不同的内涵。它除了包含一般民用产品所涉 及的某些基本共性内容外，还要考虑以下几点特殊性。（1）所探测目标的体效应性军用探测器（除卫星、雷达外）探测目标时一般离目标很近（如引信、微小型系 统等），目标尺寸与其作用距离可相比拟（甚至远远超
12、出）。此时，同一时刻对应 于目标体各点上的距离、相位均不一样，探测器不可视目标为点目标，而应视为 分布式的体目标。（2）所探测目标的多样性与许多民用产品探测固定（或单一）目标不同，一种军用探测器（如近炸引信）有 时需要求能探测多种目标。这是由探测器所配用的不同弹药攻击的目标不同所决 定的。引信探测的主要目标有不同类型的地面、水面及其上面的有生力量，飞机、 坦克、装甲车、舰船等不同装甲目标等。这些目标不仅几何特征差异甚大，而且 其物理、化学特征也各具特色。（3）探测过程的瞬态性由于一般军用探测器（如近炸引信等）与目交会所经历的时间甚微，为满足其目 标探测的实时性要求，往往要求探测器从开始感受目标
13、信息至有效识别出目标在 数毫秒至数十毫秒量级的时间内完成。（4）探测器相对目标探测姿态的不确定性这主要由探测器承载平台（如导弹等）与目标相对弹道不唯一性所导致的弹目交 会姿态角（落角或着角）变化的任意性造成的。（5）探测器工作条件的严酷性 高过载、强冲击的弹道工作环境。因为配用于不同发射载体的弹药（如导弹、 火箭弹、炮弹等）上的目标探测器应经受上百至数万个g的冲击加速度；全天 候、全地域的自然工作环境及大跨度的工作环境温度。为满足军用探测器对不同 季节、不同战场环境的适应能力，一般战技指标要求它不仅能抵御各种自然干扰 而且应在-40C+60C间正常工作；复杂的强电磁干扰环境。这是由现代战争 的
14、电子战特征所决定的。（6）探测器结构空间的局限性这是由微小型系统或武器系统可支配给探测器的设计空间的有限性所决定的。由 于一般探测器本身的体积极其有限，因此设计者必须在探测器设计中想方设法提 高单位体积内的技术功能效率。以上几方面是现代目标探测技术有别于以往一般民用探测技术的几个主要特征， 也是我们开展现代目标探测技术研究必须考虑的基本前提。5目标探测的系统性内涵及广义目标探测方程Bertalanffy在一般系统论中将系统确定为处于一定的相互关系中并与环境发 生关系的各组成部分（要素）的总体1 。在阐述系统整体性、有机关联性、 动态性、有序性、目的性之间的相互关系时指出：作为一般系统论的核心，
15、系统 的整体性是由系统的有机性，即由系统内部诸要素之间以及系统与环境之间的有 机联系来保证的。系统诸要素间的相互联系、相互作用即为系统的有机关联性。 有机关联性原则概括起来包括两方面内容，一是系统内部诸因素的有机联系，二 是系统同外部环境的有机联系3。根据系统的整体性及目的性原则，当探测 器不实施以探测目标为目的的探测行为时，探测器与目标可分别看作两个独立的 系统，只是二者与它们各自的环境具有有机关联性。而当探测器与目标处于同一 探测环境下，并实施目标探测行为时，探测器与所探测的目标则构成了一个具有 相互联系的较大系统，即目标探测的行为是在由探测器、目标及其环境共同构成 的目标探测大系统中进行
16、的。因此，从系统的观点出发讨论这一探测体系，探测 器、目标及探测环境之间均具有有机关联性。具体说来，探测器对目标的探测能 力不仅取决于探测器本身的性能参量，还应取决于目标的特征参量及探测环境的 特征参量；不仅取决于三者的独立参量，还应取决于三者间的相关参量。这一点 可从日常生活中最普遍的目标探测行为过程中得到说明，如当我们用眼睛探测（寻找或观察）某一目标（物体）时，我们探测到的该物体存在状态的准确度直 接取决于以下几方面：？探测器的性能参量一一眼睛的视力、辨色力等。同样探 测条件下，视力越好，辨色力越高，探测准确度则越高；？目标的特征参量 体积、形状、颜色、表面反光度等。同样探测条件下，体积越大，颜色越鲜艳， 反光度越高探测准确度越高；？环境特征参量（如能见度等），它取决于以下两 方面：（a）眼睛与被探测物体间介质的透光性等，（b）探测所借用的探测物理场源 一一光
